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第1章 单晶硅太阳能电池 1

1.1 概述 1

1.2 单晶硅太阳能电池的工作原理 2

1.2.1 单晶硅太阳能电池的工作过程 2

1.2.2 单晶硅太阳能电池的工作原理 3

1.2.3 单晶硅太阳能电池等效电路分析 4

1.2.4 单晶硅太阳能电池的性能参数 5

1.3 单晶硅太阳能电池的制备工艺 6

1.3.1 单晶硅棒的生长 6

1.3.2 硅片加工 8

1.3.3 单晶硅太阳能电池的制备 9

1.4 高效单晶硅太阳能电池的类型 11

1.4.1 PERC电池 11

1.4.2 PERT电池 12

1.4.3 HJT电池 13

1.4.4 IBC电池 14

1.4.5 TOPCon电池 15

1.5 单晶硅太阳能电池的发展现状及展望 16

思考题 17

第2章 多晶硅太阳能电池 19

2.1 概述 19

2.2 多晶硅原料的生产方法 19

2.2.1 Siemens方法 19

2.2.2 ASiMi方法 25

2.2.3 流化床法制备粒状多晶硅原料 27

2.2.4 太阳能级多晶硅的制造技术 29

2.3 多晶硅锭的铸造方法 30

2.3.1 浇铸法 31

2.3.2 布里基曼法 32

2.3.3 电磁铸造法 33

2.4 多晶硅片的制备 34

2.4.1 多晶硅片的加工成型 34

2.4.2 多晶硅片的质量控制 36

2.5 薄板多晶硅片的制备方法 37

2.5.1 EFG法 38

2.5.2 WEB法 39

2.5.3 STR法 40

2.5.4 RGS法 40

2.5.5 硅薄板的质量特性 41

2.6 多晶硅太阳能电池的发展现状及展望 41

2.6.1 多晶硅原料生产工艺的发展及展望 41

2.6.2 铸锭技术的发展现状及方向 43

2.6.3 切片技术 45

思考题 45

第3章 薄膜太阳能电池 48

3.1 概述 48

3.2 CdTe薄膜太阳能电池 48

3.2.1 CdTe薄膜的基本物理特性 49

3.2.2 CdTe薄膜太阳能电池的结构 49

3.2.3 CdTe薄膜太阳能电池的制备技术 50

3.2.4 CdTe薄膜太阳能电池的发展及应用现状 52

3.3 GaAs薄膜太阳能电池 52

3.3.1 GaAs薄膜的基本物理特性 52

3.3.2 GaAs薄膜太阳能电池的结构 53

3.3.3 GaAs薄膜太阳能电池的制备技术 53

3.3.4 GaAs薄膜太阳能电池的发展及应用现状 54

3.4 CIGS薄膜太阳能电池 55

3.4.1 CIGS薄膜的基本物理特性 55

3.4.2 CIGS薄膜太阳能电池的结构 56

3.4.3 CIGS薄膜太阳能电池的制备技术 56

3.4.4 CIGS薄膜太阳能电池的发展现状 57

3.5 CZTS薄膜太阳能电池 58

3.5.1 CZTS薄膜的基本物理特性 58

3.5.2 CZTS薄膜太阳能电池的结构 59

3.5.3 CZTS薄膜太阳能电池的制备技术 59

3.5.4 CZTS薄膜太阳能电池的发展现状 62

3.6 InP薄膜太阳能电池 62

3.7 多晶硅薄膜太阳能电池 64

3.8 非晶硅薄膜太阳能电池 65

思考题 67

第4章 有机太阳能电池 69

4.1 有机半导体基础知识 69

4.1.1 有机材料的能级结构 69

4.1.2 有机材料的光物理过程 72

4.1.3 激子传输与动力学过程 73

4.1.4 有机材料中载流子的传输 75

4.2 有机太阳能电池活性材料 76

4.2.1 OSCs给体材料 76

4.2.2 OSCs受体材料 78

4.3 有机太阳能电池的工作原理及基本结构 81

4.3.1 OSCs的工作过程 81

4.3.2 OSCs的基本结构 82

4.3.3 OSCs的伏安特性 84

4.4 有机太阳能电池新结构设计 86

4.4.1 倒置OSCs 86

4.4.2 叠层OSCs 86

4.4.3 半透明OSCs 88

4.4.4 基于光操控结构的OSCs 88

4.4.5 三元共混体系OSCs 91

4.5 有机太阳能电池的制备方法 91

4.6 有机太阳能电池的发展现状及展望 92

思考题 93

第5章 染料敏化太阳能电池 98

5.1 DSSC的发展历史 98

5.2 DSSC的基本结构 99

5.3 DSSC的工作原理 99

5.4 DSSC的表征技术 100

5.4.1 光电性能表征 101

5.4.2 电化学性能表征 103

5.4.3 光电化学性能表征 107

5.5 DSSC光阳极 107

5.5.1 纳米晶氧化物光阳极 108

5.5.2 纳米结构光阳极 110

5.5.3 复合结构光阳极 110

5.6 DSSC对电极 110

5.6.1 金属和合金 113

5.6.2 碳材料 113

5.6.3 过渡金属化合物 113

5.6.4 导电聚合物 114

5.6.5 复合材料 114

5.7 DSSC电解液 114

5.7.1 碘体系电解液 114

5.7.2 非碘体系电解液 115

5.7.3 离子液体电解液 115

5.8 DSSC染料 115

5.8.1 金属配合物染料 116

5.8.2 有机染料 116

5.9 其他类型DSSC 117

5.9.1 准固态DSSC 117

5.9.2 全固态DSSC 117

5.9.3 叠层结构DSSC 117

5.9.4 柔性DSSC 117

5.9.5 单基板DSSC 117

5.10 DSSC的产业化 118

5.10.1 室内光伏 118

5.10.2 集成供电系统 118

5.10.3 光伏建筑一体化 118

思考题 119

第6章 钙钛矿太阳能电池 125

6.1 钙钛矿太阳能电池的工作原理和基本结构 125

6.1.1 钙钛矿材料 125

6.1.2 钙钛矿太阳能电池的工作原理 126

6.1.3 钙钛矿太阳能电池的基本结构 128

6.2 钙钛矿薄膜的制备方法 131

6.2.1 双源气相法 131

6.2.2 两步反应法 131

6.2.3 一步溶液法 134

6.3 钙钛矿太阳能电池的其他功能层 136

6.3.1 电荷选择性吸收层 136

6.3.2 汇流传输层 139

6.4 钙钛矿太阳能电池的稳定性及封装技术 140

6.4.1 钙钛矿太阳能电池的稳定性 140

6.4.2 钙钛矿太阳能电池的封装技术 141

思考题 141

第7章 量子点太阳能电池 146

7.1 概述 146

7.2 量子点基础知识 146

7.2.1 量子点的量子效应 146

7.2.2 量子点的性能特点 148

7.2.3 量子点材料 149

7.2.4 量子点的制备方法 151

7.3 量子点太阳能电池的基本类型及研究进展 152

7.3.1 肖特基结太阳能电池 154

7.3.2 耗尽型异质结太阳能电池 155

7.3.3 极薄吸收层型太阳能电池 156

7.3.4 无机-有机杂化型太阳能电池 156

7.3.5 体异质结有机聚合物太阳能电池 157

7.3.6 量子点敏化太阳能电池 158

7.4 量子点太阳能电池性能优化 161

7.4.1 体异质结结构 161

7.4.2 电极接触 161

7.4.3 表面钝化 162

7.4.4 量子点太阳能电池的稳定性 162

7.5 量子点太阳能电池的制备方法 163

7.5.1 化学浴沉积 163

7.5.2 连续离子层吸附反应法 163

7.5.3 具有分子链接的单分散量子点 164

7.5.4 直接吸附 164

7.6 量子点太阳能电池的展望 164

思考题 164

第8章 质子交换膜燃料电池 167

8.1 质子交换膜燃料电池概述及应用 167

8.1.1 PEMFC结构 167

8.1.2 PEMFC的工作原理及特性 168

8.1.3 PEMFC的应用及发展 171

8.2 质子交换膜燃料电池的电解质材料 173

8.2.1 全氟磺酸质子交换膜 173

8.2.2 非氟化质子交换膜 174

8.2.3 质子交换膜的性能及影响因素 175

8.3 质子交换膜燃料电池的电极材料 176

8.3.1 电催化剂 176

8.3.2 扩散层 178

8.3.3 电极的制备与表征 178

8.4 质子交换膜燃料电池的双极板与流场 181

8.4.1 金属双极板 181

8.4.2 石墨双极板 182

8.4.3 流场结构 183

8.5 质子交换膜燃料电池技术 185

8.5.1 PEMFC水管理 185

8.5.2 PEMFC热管理 186

思考题 187

第9章 固体氧化物燃料电池 194

9.1 概述 194

9.1.1 工作原理 194

9.1.2 发展简史 195

9.1.3 特点与用途 196

9.2 固体氧化物燃料电池的电解质材料 197

9.2.1 氧离子导体 197

9.2.2 质子导体 199

9.2.3 复合电解质 200

9.3 固体氧化物燃料电池的电极材料 201

9.3.1 阳极材料 201

9.3.2 阴极材料 203

思考题 206

第10章 半导体-离子导体燃料电池 213

10.1 概述 213

10.1.1 发展历史 213

10.1.2 工作原理 216

10.2 半导体-离子导体燃料电池的关键材料 219

10.2.1 半导体-离子导体复合材料 219

10.2.2 电极材料 220

10.3 影响半导体-离子导体燃料电池性能和寿命的主要因素 222

10.3.1 温度的影响 222

10.3.2 压力的影响 223

10.3.3 电池制备工艺的影响 223

10.4 半导体-离子导体燃料电池的展望 224

思考题 224

第11章 其他类型燃料电池 230

11.1 熔融碳酸盐燃料电池 230

11.1.1 概述 230

11.1.2 原理和结构 230

11.1.3 阳极材料 231

11.1.4 阴极材料 232

11.1.5 电池隔膜 233

11.1.6 熔融碳酸盐燃料电池导电双极板 236

11.2 碱性燃料电池 237

11.2.1 概述 237

11.2.2 原理和结构 237

11.2.3 阳极催化剂 238

11.2.4 碱性燃料电池阴极催化剂 239

11.3 磷酸燃料电池 240

11.3.1 概述 240

11.3.2 原理和结构 240

11.3.3 阳极催化剂 241

11.3.4 阴极催化剂 241

11.4 直接甲醇燃料电池 242

11.4.1 概述 242

11.4.2 原理和结构 242

11.4.3 阳极材料 243

11.4.4 阴极材料 244

11.4.5 聚合物膜材料 245

11.5 其他类型燃料电池的发展现状及展望 245

11.5.1 熔融碳酸盐燃料电池 245

11.5.2 碱性燃料电池 246

11.5.3 磷酸燃料电池 247

11.5.4 直接甲醇燃料电池 248

思考题 249

第12章 镍／金属氢化物电池 252

12.1 Ni/MH电池简介 252

12.1.1 工作原理 252

12.1.2 结构类型 254

12.1.3 化学体系 254

12.2 氢氧化镍正极材料 255

12.2.1 镍电极充放电机理 255

12.2.2 氢氧化镍的结构及晶型之间的转化 257

12.2.3 高密度球形β-Ni（OH）2的制备与改性 259

12.3 金属氢化物负极材料 261

12.3.1 贮氢合金的热力学基础 261

12.3.2 MH电极反应与电极过程动力学 262

12.3.3 贮氢合金电极材料 264

12.3.4 贮氢合金的制备技术 266

12.4 Ni/MH电池的制造工艺 267

12.4.1 正、负极制造技术 267

12.4.2 Ni/MH电池的装配与分容化成 268

12.4.3 Ni/MH电池组 269

12.5 Ni/MH电池的特性 270

12.5.1 充电特性与充电方法 270

12.5.2 放电特性 271

12.5.3 温度特性 272

12.5.4 循环寿命与自放电 273

12.5.5 电绝缘 273

12.6 Ni/MH电池的应用 274

12.6.1 在电子消费类市场上的应用 274

12.6.2 在混合电动汽车上的应用 275

12.6.3 燃料电池的动力辅助 276

12.6.4 其他 276

12.7 Ni/MH电池的发展趋势 276

12.7.1 降低成本 277

12.7.2 高比能量设计 277

12.7.3 超高功率设计 277

思考题 278

第13章 锂离子电池 280

13.1 概述 280

13.2 锂离子电池的工作原理、结构和性能 280

13.2.1 工作原理 280

13.2.2 结构 281

13.2.3 性能 283

13.3 锂离子电池正极材料 284

13.3.1 磷酸铁锂（LiFePO4） 285

13.3.2 钴酸锂 287

13.3.3 锰酸锂 287

13.3.4 三元材料 289

13.4 锂离子电池负极材料 290

13.4.1 碳材料 291

13.4.2 硅 292

13.4.3 锡 293

13.4.4 金属氧化物 294

13.4.5 其他材料 294

13.5 锂离子电池的电解质 295

13.5.1 液体电解质 295

13.5.2 固体电解质 296

13.6 锂离子电池的机遇与挑战 298

思考题 298

第14章 锂硫二次电池 301

14.1 锂硫二次电池概述 301

14.2 锂硫二次电池的基本原理和特点 301

14.3 锂硫电池面临的问题 302

14.4 锂硫二次电池的性能评价 303

14.5 锂硫二次电池的硫正极 304

14.5.1 硫正极的工作原理 304

14.5.2 硫正极的容量损失及衰减机理 304

14.5.3 硫正极的改性 305

14.5.4 硫正极的胶黏剂 307

14.5.5 硫正极的发展趋势 308

14.6 金属锂负极 308

14.6.1 锂负极与电解质界面 309

14.6.2 锂负极面临的问题 310

14.6.3 锂负极的改性 311

14.6.4 锂负极的发展趋势 312

14.7 锂硫二次电池的电解质 312

14.7.1 概述 312

14.7.2 有机液体电解质 313

14.7.3 固态电解质 314

14.7.4 离子液体和添加剂 315

14.8 锂硫二次电池隔膜 316

14.8.1 概述 316

14.8.2 功能性隔膜 316

14.8.3 锂硫二次电池隔膜的发展趋势 317

14.9 新型锂硫二次电池 317

14.9.1 全固态锂硫二次电池 317

14.9.2 柔性锂硫二次电池 317

14.10 锂硫二次电池的发展现状、挑战及未来 318

思考题 319

第15章 金属空气电池 325

15.1 金属空气电池概述 325

15.2 金属空气电池的基本原理 325

15.3 锂空气电池 326

15.3.1 化学原理 327

15.3.2 电池组成及材料 327

15.3.3 电池设计及性能 331

15.4 锌空气电池 334

15.4.1 化学原理 334

15.4.2 电池结构与材料 335

15.4.3 电池工作特性 335

15.5 其他金属空气电池 337

15.5.1 铝空气电池 337

15.5.2 镁空气电池 337

15.6 金属空气电池的发展现状及展望 338

思考题 339

第16章 碳基超级电容器 342

16.1 超级电容器简介 342

16.1.1 超级电容器概述 342

16.1.2 超级电容器的组成 342

16.1.3 超级电容器的分类 344

16.1.4 超级电容器的性能指标 346

16.1.5 超级电容器的应用 348

16.2 碳基超级电容器电极材料 349

16.2.1 碳纳米洋葱 349

16.2.2 碳纳米管 350

16.2.3 石墨烯 350

16.2.4 活性炭 351

16.3 碳基柔性超级电容器 353

16.3.1 柔性超级电容器的结构类型 354

16.3.2 柔性电极的制备方法 357

16.3.3 石墨烯柔性超级电容器 358

16.4 超级电容器的发展现状及展望 360

思考题 361

第17章 金属氧化物超级电容器 368

17.1 氧化物超级电容器概述 368

17.2 法拉第赝电容原理 368

17.2.1 吸附赝电容 369

17.2.2 氧化还原赝电容 369

17.3 贵金属氧化物超级电容器电极材料 371

17.3.1 钌基超级电容器电极材料 371

17.3.2 其他贵金属基超级电容器电极材料 374

17.4 贱金属氧化物超级电容器电极材料 374

17.4.1 氧化锰超级电容器电极材料 374

17.4.2 钴基超级电容器电极材料 380

17.4.3 镍基超级电容器电极材料 382

17.4.4 其他贱金属超级电容器 384

17.5 柔性氧化物超级电容器电极材料 384

17.6 不对称氧化物超级电容器电极材料 387

17.7 氧化物超级电容器的发展现状及展望 388

思考题 389

第18章 导电聚合物超级电容器 395

18.1 导电聚合物超级电容器概述 395

18.2 导电聚合物的制备 395

18.3 导电聚合物赝电容 397

18.4 导电聚合物超级电容器的分类 399

18.5 导电聚合物电极材料 401

18.5.1 聚苯胺 402

18.5.2 聚吡咯 403

18.5.3 聚噻吩及其衍生物 404

18.5.4 导电聚合物复合材料 405

18.6 导电聚合物非对称超级电容器 406

18.7 导电聚合物柔性超级电容器 407

18.8 导电聚合物超级电容器的发展现状及展望 410

思考题 411