硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用PDF电子书下载

第1章 太阳光谱与半导体太阳电池 1

1.1 太阳能电池的发展背景 1

1.2 半导体太阳电池的工作原理、基本物理过程和工艺简介 3

1.2.1 太阳能电池中的基本物理过程 3

1.2.2 晶硅电池原料提纯和制备工艺 5

1.2.3 单晶、多晶电池的制备工艺 6

1.2.4 高效电池构架的基本区分 9

1.3 硅基薄膜太阳电池的发展概述及主流光伏技术 11

1.3.1 硅基薄膜光伏概述 11

1.3.2 薄膜电池制备工艺 13

1.4 硅基太阳电池发展的技术瓶颈和新技术方向 15

1.4.1 光伏技术的应用和推广需求 15

1.4.2 硅基电池的新型电池设计框架 18

1.4.3 新纳米结构引入的影响 23

1.4.4 多样化应用细分市场：柔性和透明电池技术 26

参考文献 28

第2章 太阳电池中的光学吸收增强 33

2.1 传统吸收增强理论 33

2.1.1 统计力学原理 34

2.1.2 几何光学计算 34

2.1.3 吸收增强 36

2.1.4 传统吸收增强理论应用实例 37

2.2 微纳光学吸收增强理论 38

2.2.1 微纳光子结构 39

2.2.2 陷光效应中的表面等离激元现象 40

2.2.3 块体材料中的陷光效应 41

2.2.4 表面等离激元效应在光伏中的应用 42

2.3 结构设计与制造工艺 46

2.3.1 第一代晶体硅 46

2.3.2 薄膜太阳能电池工艺 51

2.4 微纳结构增强工艺 54

2.4.1 引言 54

2.4.2 纳米线与纳米锥制造工艺 55

2.4.3 光子控制：抗反射处理 58

参考文献 63

第3章 纳米硅量子点的可控制备与特性 66

3.1 纳米硅量子点的基本性质 66

3.1.1 能带结构 67

3.1.2 光学性质 70

3.1.3 电学性质 77

3.2 纳米硅量子点的可控制备 83

3.2.1 纳米硅量子点制备方法概述 84

3.2.2 纳米硅量子点的限制性晶化原理与技术 86

3.2.3 纳米硅/二氧化硅多层结构的制备 88

3.2.4 纳米硅/非晶氮化硅和纳米硅/非晶碳化硅多层结构的制备 90

参考文献 93

第4章 化学合成方法制备硅量子点及相关光电材料 99

4.1 化学合成量子点的历史与现状 99

4.2 硅量子点的化学合成技术 101

4.2.1 液相还原法 102

4.2.2 电化学法 104

4.2.3 硅烷热分解法 105

4.2.4 高温固相法 108

4.2.5 其他合成制备技术 109

4.2.6 硅量子点与硅纳米材料 110

4.3 硅量子点的表面修饰与物性 111

4.3.1 量子点表面修饰的目的 111

4.3.2 硅量子点的表面修饰方法 112

4.3.3 硅量子点的荧光特性 113

4.3.4 硅量子点表面的光电功能分子修饰 121

4.3.5 基于硅量子点的核壳结构量子点 123

参考文献 125

第5章 纳米硅量子点在太阳电池器件中的应用 136

5.1 Shock ley-Queisser极限 136

5.2 基于纳米硅量子点材料的宽光谱太阳电池研究 137

5.2.1 基于纳米硅量子点的叠层太阳电池 137

5.2.2 纳米硅量子点异质结结构电池 139

5.2.3 非硅衬底上的纳米硅量子点太阳电池 147

5.3 纳米硅量子点提高太阳电池效率的其他途径 151

5.3.1 多激子效应 151

5.3.2 下转换（转移）和上转换 152

5.3.3 热载流子 155

参考文献 157

第6章 硅纳米颗粒的冷等离子体法制备及其在太阳电池中的应用 161

6.1 利用冷等离子体法制备硅纳米颗粒 161

6.1.1 冷等离子体的重要性质 162

6.1.2 硅纳米颗粒的晶态调控 164

6.1.3 硅纳米颗粒的尺寸调控 165

6.1.4 硅纳米颗粒的表面调控 166

6.1.5 硅纳米颗粒的掺杂 167

6.1.6 硅锗合金纳米颗粒 168

6.2 基于硅纳米颗粒的硅墨水 169

6.2.1 硅墨水的配置 170

6.2.2 在太阳电池表面打印硅墨水 171

6.3 基于硅纳米颗粒的硅浆料 172

6.3.1 硅浆料的配制 172

6.3.2 硅浆料的掺杂作用 173

6.4 基于硅纳米颗粒的太阳电池薄膜 174

6.4.1 硅纳米颗粒与高分子半导体材料的复合 174

6.4.2 硅纳米颗粒与低维碳材料的复合 177

6.4.3 硅纳米颗粒与TiO2纳米结构复合 178

6.4.4 硅纳米颗粒薄膜 180

参考文献 180

第7章 一维Ⅳ族材料纳米结构的湿法制备 184

7.1 MACE法制备一维Ⅳ族半导体材料纳米结构的机理 184

7.2 MACE法制备Si一维纳米结构形貌控制 185

7.2.1 垂直一维Si纳米结构的制备 186

7.2.2 非垂直一维Si纳米结构的制备 189

7.2.3 非准直一维Si纳米结构的制备 191

7.2.4 多孔一维Si纳米结构的制备 194

7.2.5 其他制备Si一维纳米结构的MACE技术 205

7.2.6 MACE法制备一维Si基纳米异质结及相关复合结构 206

7.2.7 对一维Si纳米结构的再加工 209

7.3 MACE法制备的一维Si纳米结构的转移、收集和排列 211

7.3.1 无裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集 212

7.3.2 有裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集 212

7.4 一维纳米线的微纳结构与修饰在光伏器件中的应用 215

参考文献 219

第8章 新型硅基径向结太阳电池原理与应用 225

8.1 硅基新型径向结太阳电池 225

8.1.1 径向结电池基本结构和发展背景 225

8.1.2 基于纳米线阵列的径向结电池制备工艺 226

8.1.3 单根纳米线径向结电池制备和应用 229

8.2 径向结太阳能电池原理 233

8.2.1 3D构架的光学陷光特性 233

8.2.2 光学模式和腔体耦合吸收特性 234

8.2.3 径向结构中电学载流子输运特性 237

8.3 径向p-n结硅纳米线电池结构的制备 238

8.3.1 p-n结电池器件特性和性能现状 238

8.3.2 径向异质结电池的特性 239

8.3.3 混合p-n电池结构 241

8.4 径向p-i-n结新型薄膜电池技术 242

8.4.1 径向结薄膜电池的结构设计和关键因素 242

8.4.2 基于VLS生长纳米线径向结电池的制备工艺 243

8.4.3 纳米线生长调控的独特优势 245

参考文献 249

索引 253