2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——新型太陽能材料在能源產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后括號(hào)內(nèi)。每小題2分，共20分）1.下列哪種材料不屬于典型的第三代光伏太陽能電池的范疇？A.單晶硅B.鈣鈦礦C.有機(jī)光伏材料D.染料敏化太陽能電池材料2.提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵途徑之一是減少電荷復(fù)合，以下哪種材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于抑制界面電荷復(fù)合？A.擴(kuò)展帶隙材料B.能級匹配的疊層結(jié)構(gòu)C.具有缺陷的晶格D.高載流子濃度材料3.在染料敏化太陽能電池（DSSC）中，起光敏作用的核心組件是？A.對電極B.染料分子C.氧化還原介質(zhì)D.碳基復(fù)合電極4.以下哪種現(xiàn)象或技術(shù)主要利用太陽能驅(qū)動(dòng)水分解產(chǎn)生氫氣？A.光電效應(yīng)B.光熱轉(zhuǎn)換C.光伏電解水D.光化學(xué)催化5.鈣鈦礦太陽能電池性能衰減的主要因素之一是光化學(xué)穩(wěn)定性差，以下哪種處理方法可以有效提高其穩(wěn)定性？A.提高工作溫度B.使用空穴傳輸材料鈍化表面缺陷C.降低鈣鈦礦薄膜的厚度D.增加染料分子的吸附6.有機(jī)光伏電池（OPV）的主要優(yōu)勢在于？A.極高的長壽命B.基于地球豐產(chǎn)且無毒的有機(jī)材料C.高溫下性能穩(wěn)定D.可實(shí)現(xiàn)柔性可卷曲器件7.光伏組件的封裝層除了保護(hù)內(nèi)部材料外，另一個(gè)重要作用是？A.吸收盡可能多的太陽光B.提供電子傳輸路徑C.防止水分和氧氣進(jìn)入D.增加電池的反射率8.以下哪種新型太陽能材料被認(rèn)為具有實(shí)現(xiàn)高效率、低成本、可溶液加工的巨大潛力？A.二氧化鈦B.銅銦鎵硒（CIGS）C.銅硫銦（Cs?Bi?(SeO?)?）鈣鈦礦D.硅鍺合金9.在太陽能光熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，核心部件是？A.吸收器B.電荷控制器C.儲(chǔ)熱系統(tǒng)D.發(fā)電機(jī)組10.當(dāng)前的太陽能產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.太陽能資源分布不均B.光伏發(fā)電成本依然偏高C.部分材料的制備過程能耗大D.電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到理論極限二、填空題（請將正確答案填在橫線上。每空2分，共20分）1.新型太陽能材料通常指相比傳統(tǒng)硅基材料具有更高轉(zhuǎn)換效率、更長壽命或更優(yōu)制備特性的材料，例如鈣鈦礦、__________、__________等。2.染料敏化太陽能電池的工作原理涉及光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對，電子注入到_______中，再通過外部電路形成電流。3.提高鈣鈦礦太陽能電池開路電壓（Voc）的關(guān)鍵在于優(yōu)化材料的_______與_______之間的能級匹配。4.有機(jī)光伏電池的激子解離過程需要高效的_______和_______來分別分離激子產(chǎn)生的電子和空穴。5.光伏組件的效率損失主要來源于_______損失、_______損失、_______損失和_______損失等。6.將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（如氫氣）的過程稱為_______。7.石墨烯等二維材料在太陽能電池中可作為_______或_______，利用其優(yōu)異的導(dǎo)電性和力學(xué)性能。8.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（CSP）的核心在于高效收集和轉(zhuǎn)換太陽輻射能，通常采用_______、_______或_______等方式聚光。9.確定太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的基本公式為η=(Pout/Pin)×100%，其中Pout是_______，Pin是_______。10.針對新型太陽能材料的穩(wěn)定性問題，研究者探索了多種策略，如材料_______改性、器件結(jié)構(gòu)_______設(shè)計(jì)以及封裝技術(shù)_______等。三、簡答題（請簡潔明了地回答下列問題。每題5分，共20分）1.簡述染料敏化太陽能電池的基本工作原理及其主要組成部分。2.與傳統(tǒng)硅基太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池具有哪些顯著的優(yōu)勢？3.解釋“光伏等效電路”中串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻分別對電池性能產(chǎn)生什么影響。4.簡述太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的主要組成部分及其功能。四、論述題（請圍繞下列主題展開論述，要求觀點(diǎn)清晰，論據(jù)充分。每題10分，共30分）1.論述提高鈣鈦礦太陽能電池長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)及可能的解決途徑。2.結(jié)合能源化學(xué)的相關(guān)原理，論述有機(jī)光伏材料在未來分布式能源系統(tǒng)中的應(yīng)用前景與面臨的挑戰(zhàn)。3.分析當(dāng)前太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，材料科學(xué)、能源化學(xué)與工程領(lǐng)域交叉融合的重要性，并舉例說明。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.B4.C5.B6.B7.C8.C9.A10.B二、填空題1.有機(jī)光伏材料，染料敏化材料2.半導(dǎo)體半導(dǎo)體3.禁帶寬度，導(dǎo)帶邊緣能級4.電子受體，空穴傳輸材料5.反射，發(fā)泡，串聯(lián)，并聯(lián)6.光化學(xué)轉(zhuǎn)換7.電極，透明導(dǎo)電層8.拋物面槽式，中央塔式，聚光平面式9.輸出功率，輸入功率10.化學(xué)化學(xué)，鈍化鈍化，優(yōu)化優(yōu)化三、簡答題1.答：染料敏化太陽能電池由透明導(dǎo)電基底、透明粘附層、多孔半導(dǎo)體電極（如TiO?）、染料敏化劑、電解質(zhì)和對電極組成。其原理是：染料分子吸收光能被激發(fā)，將電子注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶，染料分子被氧化，電子通過半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄﹄姌O，在電解質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應(yīng)使染料分子再生，外部電路形成電流。光激發(fā)產(chǎn)生的空穴則由電解質(zhì)填充。2.答：鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)勢包括：①轉(zhuǎn)換效率高，實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證效率已接近單晶硅；②制備方法多樣，可溶液加工，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)大面積制備；③能量轉(zhuǎn)換光譜范圍寬，對太陽光利用率高；④可與硅基電池等實(shí)現(xiàn)疊層，進(jìn)一步提升效率。3.答：串聯(lián)電阻主要來源于半導(dǎo)體體電阻、電極接觸電阻等。其存在導(dǎo)致電池內(nèi)部電壓降增加，輸出特性曲線變陡，在低電流密度下短路電流（Isc）減小，填充因子（FF）降低，從而降低電池效率。并聯(lián)電阻主要來源于電極的漏電、半導(dǎo)體與電極界面復(fù)合以及電解質(zhì)的阻抗等。其存在導(dǎo)致電池在開路電壓下仍有電流流過（形成暗電流），或在低電壓下填充因子急劇下降，同樣降低電池效率。4.答：太陽能光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要由：①集熱器：用于吸收太陽輻射能并將其轉(zhuǎn)化為熱能；②儲(chǔ)熱系統(tǒng)：用于儲(chǔ)存收集到的熱量，以供需要時(shí)使用；③熱傳輸和分配系統(tǒng)：用于將熱能從集熱器輸送到用熱點(diǎn)或儲(chǔ)熱系統(tǒng)；④熱用戶/熱力循環(huán)：用于利用熱能進(jìn)行供暖、制冷或發(fā)電。其功能分別是收集、儲(chǔ)存、傳輸和利用太陽能熱能。四、論述題1.答：提高鈣鈦礦長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)主要在于其易受水、氧、光、熱等因素影響導(dǎo)致的降解?？赡艿慕鉀Q途徑包括：①材料化學(xué)改性，如引入缺陷鈍化層（有機(jī)分子、無機(jī)層狀材料）、摻雜、表面配體修飾等，以passivate界面缺陷，抑制離子遷移和化學(xué)反應(yīng)；②器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如采用混合鹵化物鈣鈦礦（更穩(wěn)定）、超薄鈣鈦礦層（減少缺陷）、多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如疊層電池）、優(yōu)化界面工程等，以降低表面反應(yīng)和離子遷移；③封裝技術(shù)改進(jìn)，采用高效鈍化層和密封結(jié)構(gòu)，隔絕水分和氧氣，提高器件的封裝防護(hù)能力。綜合運(yùn)用這些策略是提升鈣鈦礦穩(wěn)定性的關(guān)鍵。2.答：有機(jī)光伏材料具有易于溶液加工、可柔性可卷曲、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在未來分布式能源系統(tǒng)（如可穿戴設(shè)備、建筑一體化光伏、便攜式電源等）中具有廣闊應(yīng)用前景。其可以利用廢棄塑料等資源制備，易于與建筑材料集成，實(shí)現(xiàn)美觀與能源的統(tǒng)一。然而，其面臨的挑戰(zhàn)也十分嚴(yán)峻，主要包括：①光電轉(zhuǎn)換效率相對較低（目前實(shí)驗(yàn)室效率雖有所提升，但仍落后于硅基電池）；②長期穩(wěn)定性差（對光、熱、濕氣敏感，循環(huán)壽命短）；③材料純度要求高，器件均勻性控制難；④對環(huán)境光的利用效率不高?？朔@些挑戰(zhàn)需要材料科學(xué)、化學(xué)、物理等多學(xué)科的深入研究和突破。3.答：材料科學(xué)、能源化學(xué)與工程領(lǐng)域的交叉融合對于推動(dòng)太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。材料科學(xué)為太陽能技術(shù)提供了核心基礎(chǔ)，如開發(fā)高效、低成本、穩(wěn)定的新型太陽能材料（鈣鈦礦、有機(jī)材料、薄膜材料等），是提升性能和降低成本的關(guān)鍵。能源化學(xué)則提供了理解能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存基本原理的框架，如光電轉(zhuǎn)換機(jī)理、光熱轉(zhuǎn)換原理、電解水制氫化學(xué)過程、電池儲(chǔ)能化學(xué)反應(yīng)等，指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)和器