2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——二氧化硫在光伏電池中的應(yīng)用與研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)。）1.下列哪種性質(zhì)不是二氧化硫（SO?）分子所具有的？A.極性分子B.含有極性鍵C.分子結(jié)構(gòu)為直線形D.具有一定的還原性2.SO?在半導(dǎo)體表面吸附時，通常被認(rèn)為是通過哪種方式與表面缺陷態(tài)相互作用以起到鈍化作用？A.與表面懸掛鍵發(fā)生成鍵B.離子化并填補表面空位C.沉積形成絕緣層覆蓋表面D.通過π-π相互作用增強(qiáng)表面鍵合3.在光伏電池研究中，利用二氧化硫鈍化硅表面時，其主要目的是什么？A.增加表面載流子濃度B.改善表面能帶彎曲，減少復(fù)合C.增強(qiáng)表面的光吸收系數(shù)D.提高電池的金屬接觸性能4.二氧化硫作為一種選擇性接觸層材料，在制備某些III-V族半導(dǎo)體太陽能電池時，其主要作用是？A.提供高透光性B.與襯底形成歐姆接觸C.保護(hù)半導(dǎo)體材料免受濕氣侵蝕D.鈍化半導(dǎo)體的表面缺陷5.大氣中的二氧化硫?qū)夥姵氐奈：χ饕w現(xiàn)在？A.增加電池的光譜響應(yīng)范圍B.引起電池表面結(jié)霜，降低透光率C.與電池材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致性能衰減D.提高電池的開路電壓6.以下哪種技術(shù)通常不用于研究二氧化硫與半導(dǎo)體材料表面的相互作用？A.X射線光電子能譜（XPS）B.拉曼光譜（RamanSpectroscopy）C.電流-電壓特性測試D.掃描隧道顯微鏡（STM）7.如果二氧化硫在光照條件下與某半導(dǎo)體材料發(fā)生反應(yīng)，生成了帶負(fù)電的缺陷中心，那么該缺陷中心最可能起到的作用是？A.作為電子陷阱，增加少數(shù)載流子壽命B.作為空穴陷阱，增加少數(shù)載流子壽命C.直接產(chǎn)生光生載流子D.增加材料的體復(fù)合率8.在討論二氧化硫用于光伏電池鈍化時的“選擇性”時，通常指的是什么？A.只對特定類型的半導(dǎo)體材料有效B.只能在特定溫度下有效C.只能鈍化特定類型的表面缺陷D.對電池的電荷傳輸影響最小9.以下哪項不是目前阻礙二氧化硫在光伏電池中廣泛應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)？A.鈍化效果的長期穩(wěn)定性B.SO?來源的精確控制和劑量控制C.SO?本身可能對某些電池材料的腐蝕性D.二氧化硫的綠色環(huán)保性10.將二氧化硫或其衍生物用作光敏劑來提高光伏電池性能，其基本原理是？A.增強(qiáng)電池本身的發(fā)光效率B.吸收可見光之外的長波輻射C.提高電池表面的電荷分離效率D.降低電池的暗電流二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線上。）1.二氧化硫分子中，硫原子與氧原子之間以________鍵結(jié)合，分子總電性為________。2.SO?在半導(dǎo)體表面鈍化缺陷態(tài)，通常涉及硫原子提供________電子或氧原子提供________電子與表面缺陷反應(yīng)。3.SO?分子吸附在半導(dǎo)體表面后，其對應(yīng)的價帶頂會發(fā)生________（升高/降低），有助于形成更陡峭的表面能帶彎曲。4.在研究SO?對薄膜太陽能電池的影響時，除了光電轉(zhuǎn)換效率，還需要關(guān)注其對接收層和________層的潛在影響。5.二氧化硫作為大氣污染物，在光照和水汽作用下會轉(zhuǎn)化為________，對光伏電池造成進(jìn)一步的腐蝕。6.XPS技術(shù)可以用來分析SO?在半導(dǎo)體表面吸附后的________和________狀態(tài)。7.若要研究SO?鈍化層的穩(wěn)定性，通常需要測試其在________條件下的光電性能變化。8.將SO?用于制備選擇性接觸層，需要滿足其能與半導(dǎo)體形成________接觸，并對另一層材料具有________。9.除了SO?，還有________和________等含硫化合物也曾被研究用于半導(dǎo)體材料的表面處理。10.評價SO?作為光伏電池應(yīng)用研究前景時，需要綜合考慮其技術(shù)可行性、________和________等因素。三、簡答題（每題5分，共15分。請簡明扼要地回答下列問題。）1.簡述二氧化硫鈍化半導(dǎo)體表面缺陷的潛在機(jī)理。2.為什么說二氧化硫在光伏電池中的應(yīng)用研究是一個具有挑戰(zhàn)性但又值得探索的方向？3.簡要說明研究二氧化硫?qū)夥姵赜绊憰r，需要考慮哪些關(guān)鍵的環(huán)境因素（如溫度、濕度、光照等）？四、論述題（每題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題。）1.詳細(xì)論述二氧化硫作為鈍化劑改善硅基光伏電池性能的原理，并分析其可能存在的局限性。2.從能源化學(xué)的角度，探討利用二氧化硫或其衍生物設(shè)計新型光伏電池材料的思路和可能途徑。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.B5.C6.D7.A8.C9.D10.B二、填空題1.共價；極性2.空穴；電子3.升高4.背接觸（或：背電極）5.三氧化硫（或：硫酸）6.元素；化學(xué)7.光照、濕熱（或：老化）8.歐姆；鈍化（或：絕緣）9.硫化氫；二氧化硫（其他合理答案也可）10.經(jīng)濟(jì)成本；環(huán)境風(fēng)險（或其他合理答案）三、簡答題1.解析思路：從SO?的分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，考慮其硫原子或氧原子與半導(dǎo)體表面缺陷（如懸掛鍵）的相互作用。SO?可以作為電子供體（硫原子提供空穴）或受體（氧原子提供電子）來填補缺陷態(tài)，從而減少表面態(tài)密度，降低表面電導(dǎo)率，鈍化表面。同時，SO?吸附可能導(dǎo)致表面能帶彎曲，減少少數(shù)載流子復(fù)合。2.解析思路：挑戰(zhàn)在于SO?的化學(xué)活性、對材料的選擇性、鈍化效果的穩(wěn)定性和長期性、精確控制吸附/沉積厚度和劑量、以及其作為大氣污染物帶來的環(huán)境問題。但潛力在于其可能提供一種低成本、易于實現(xiàn)的表面改性方法，有效解決某些半導(dǎo)體（如硅）表面的體缺陷或表面態(tài)導(dǎo)致的性能損失，拓寬了表面鈍化材料的思路。3.解析思路：溫度影響SO?的揮發(fā)性和吸附/反應(yīng)速率；濕度影響SO?的溶解度、水氧化產(chǎn)物（如硫酸）的形成，以及材料表面水膜的存在對SO?吸附和鈍化效果的影響；光照可能促進(jìn)SO?的解吸附、光化學(xué)反應(yīng)或與材料發(fā)生光催化反應(yīng)，從而影響鈍化層的穩(wěn)定性。這些因素共同決定了SO?在光伏電池表面的行為和最終效果。四、論述題1.解析思路：首先闡述SO?鈍化的基本原理：SO?分子吸附在硅表面后，其硫原子或氧原子可以與硅表面的懸掛鍵（如反鍵態(tài)）相互作用，通過提供空穴或電子來填補這些缺陷態(tài)。這減少了非輻射復(fù)合中心，導(dǎo)致表面態(tài)密度降低。其次，鈍化層可以形成一定的表面勢壘，使得能帶彎曲更陡峭，從而降低了少數(shù)載流子在表面的復(fù)合速率，提高了光伏電池的開路電壓和填充因子。然后分析局限性：SO?鈍化層的穩(wěn)定性可能受光照、濕氣、溫度等因素影響，長期穩(wěn)定性有待驗證；SO?本身具有一定的腐蝕性，可能對某些材料（如金屬接觸層）造成不良影響；精確控制SO?的吸附劑量和鈍化效果具有挑戰(zhàn)性；其鈍化機(jī)理相對復(fù)雜，涉及多種可能的化學(xué)過程。2.解析思路：首先強(qiáng)調(diào)能源化學(xué)的交叉學(xué)科特點，涉及材料、化學(xué)、物理與能源應(yīng)用。然后探討利用SO?或衍生物設(shè)計新材料思路：一是作為功能分子或前驅(qū)體，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等方法在半導(dǎo)體表面構(gòu)筑一層具有特定光學(xué)或電學(xué)性質(zhì)的含硫薄膜，如利用硫族化合物獨特的能帶結(jié)構(gòu)和光吸收特性來拓寬光譜響應(yīng)；二是研究SO?與其他元素的協(xié)同作用，例如與氮、磷、硼等摻雜劑結(jié)合，或與金屬離子共吸附/共沉積，以調(diào)控半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)、載流子濃度和復(fù)合行為，實現(xiàn)更優(yōu)的光電性