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第1章 绪论 1

1.1第一代太阳电池——晶体太阳电池 1

1.2第二代太阳电池——薄膜太阳电池 2

1.3第三代太阳电池——新概念太阳电池 3

参考文献 6

第2章 纳米量子结构光伏材料的制备技术 8

2.1量子点的物理自组织生长 8

2.1.1 InAs量子点 8

2.1.2 InSb量子点 9

2.1.3叠层InAs量子点 9

2.2纳米晶粒的化学自组装合成 10

2.2.1化学自组装的基本原理 10

2.2.2 PbSe纳米晶粒 10

2.2.3 CdSe纳米晶粒 11

2.2.4 CdTe纳米晶粒 11

2.3 Si基纳米结构的等离子体化学气相沉积生长 12

2.3.1纳米晶Si薄膜的直接沉积生长 12

2.3.2多层Si量子点的退火限制晶化生长 13

2.4准一维纳米结构的生长与合成 14

2.4.1 Si纳米线的金属催化生长 14

2.4.2碳纳米管的自取向生长 15

2.4.3 TiO2纳米线网络的定向吸附生长 16

2.5应变量子阱的分子束外延生长 17

2.5.1晶格匹配Alx Gal-xAs/GaAs量子阱的生长 17

2.5.2晶格失配量子阱结构的生长 17

2.6纳米晶粒/聚合物复合结构的制备与合成 18

2.6.1 CdSe纳米晶粒/聚合物复合结构 18

2.6.2 TiO2纳米晶粒/聚合物复合结构 19

参考文献 20

第3章 太阳电池的光伏原理 22

3.1太阳光的辐射强度与太阳电池的光谱响应 22

3.1.1太阳光的辐射强度 22

3.1.2太阳电池的光谱响应 23

3.2半导体中的光吸收 23

3.2.1直接带隙半导体的光吸收 23

3.2.2间接带隙半导体的光吸收 24

3.3太阳电池的光生伏特效应 25

3.3.1无机固态pn结太阳电池 25

3.3.2有机光电化学太阳电池 27

3.4太阳电池的转换效率分析 29

3.4.1单结太阳电池 29

3.4.2肖特基势垒太阳电池 33

3.4.3聚光太阳电池 34

3.5太阳电池的能量损失机制 35

3.5.1影响太阳电池转换效率的主要因素 35

3.5.2入射光子能量的损失 36

3.5.3体内载流子复合的损失 37

3.5.4表面缺陷复合的损失 38

3.5.5接触串联电阻的损失 38

3.5.6电池表面光反射的损失 39

3.6太阳电池中的细致平衡原理 40

参考文献 41

第4章 Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳电池 42

4.1叠层太阳电池的工作原理 42

4.2叠层太阳电池的结构组态 44

4.2.1垂直串联叠层太阳电池 44

4.2.2横向并联叠层太阳电池 44

4.3叠层太阳电池的J-V特性 46

4.3.1短路电流密度 46

4.3.2 J-V特性 46

4.4叠层太阳电池的转换效率分析 47

4.4.1带隙组合 48

4.4.2隧穿结特性 48

4.4.3子电池厚度 49

4.4.4中间反射层 49

4.4.5光照射强度 50

4.4.6电池温度 50

4.5 Ⅲ- Ⅴ族化合物材料的光伏性质 51

4.5.1 GaAs材料 51

4.5.2 Alx Gal-xAs材料 52

4.5.3 Gax Inl-xP材料 52

4.6几种主要的Ⅲ- Ⅴ族化合物叠层太阳电池 53

4.6.1 AlGaAs/GaAs双结太阳电池 53

4.6.2 GalnP/GaAs双结太阳电池 54

4.6.3 GalnP/GaAs/Ge三结太阳电池 55

4.6.4 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物叠层太阳电池 56

参考文献 56

第5章 量子阱太阳电池 58

5.1量子阱中电子跃迁的选择定则 58

5.2量子阱太阳电池的结构组态与能带特性 60

5.3量子阱太阳电池的光电流密度与转换效率 60

5.4量子阱中载流子的逃逸与收集 62

5.4.1载流子的逃逸过程 62

5.4.2载流子的逃逸时间 62

5.4.3调制多量子阱中的载流子逃逸 63

5.5量子阱太阳电池的光谱响应与量子效率 64

5.6不同结构类型的量子阱太阳电池 65

5.6.1 SiO2/Si量子阱太阳电池 65

5.6.2 InGaAs/GaAs多量子阱太阳电池 67

5.6.3 InGaN/GaN多量子阱太阳电池 67

参考文献 68

第6章 纳米结构太阳电池 70

6.1纳米结构材料的光伏性质 70

6.1.1纳米晶粒的量子尺寸效应 70

6.1.2纳米微粒的高效能量转换效应 71

6.1.3纳米晶粒中的光生载流子分离效应 71

6.1.4纳米结构的抗反射特性 72

6.1.5同轴纳米棒的电子输运特性 73

6.2纳米薄膜太阳电池 74

6.2.1 nc-Si：H薄膜的光伏性质 74

6.2.2 p-i-n结构太阳电池 76

6.2.3 nc-Si：H薄膜太阳电池 76

6.3纳米线与纳米管太阳电池 79

6.3.1 Si纳米线的低反射率特性 79

6.3.2 Si纳米线太阳电池 80

6.3.3 Si纳米线/聚合物太阳电池 82

6.3.4 GaAs纳米线太阳电池 82

6.3.5碳纳米管太阳电池 84

6.4纳米结构染料敏化太阳电池 85

6.4.1作为光阳极的TiO2纳米结构 85

6.4.2 TiO2纳米结构染料敏化太阳电池的光伏特性 86

6.5量子点敏化太阳电池 87

6.5.1量子点敏化的特点 87

6.5.2 CdSe量子点敏化太阳电池 88

6.5.3 CdS量子点敏化太阳电池 88

6.5.4 CdS/CdSe量子点共敏化太阳电池 89

参考文献 90

第7章 量子点中间带太阳电池 93

7.1中间带半导体材料的形成方法 93

7.2中间带太阳电池的细致平衡模型 94

7.2.1中间带半导体的能量上转换原理 94

7.2.2 Luque与Marti细致平衡模型 95

7.2.3 Strandberg与Reenaas细致平衡模型 97

7.3 ZnTe：O中间带太阳电池的光伏性能 100

7.3.1光谱响应特性 100

7.3.2载流子的产生与复合 101

7.3.3电流输运理论 103

7.3.4影响转换效率的因素 105

7.4量子点中间带的物理特点 107

7.5量子点中间带太阳电池的理论转换效率 108

7.6量子点中间带太阳电池的构建与实现 110

7.6.1 p-i-n量子点中间带太阳电池 110

7.6.2围栏势垒型p-i-n量子点中间带太阳电池 113

7.6.3提高电池转换效率的技术对策 115

7.7几种新型结构的中间带太阳电池 121

7.7.1光子棘轮中间带太阳电池 121

7.7.2 InGaAs量子线中间带太阳电池 122

7.7.3双层抗反射中间带太阳电池 123

参考文献 124

第8章 量子点激子太阳电池 126

8.1构建量子点激子太阳电池的物理思考 126

8.2量子点中多激子产生的物理过程 127

8.2.1碰撞电离倍增过程 127

8.2.2能量相互作用过程 127

8.3量子点激子太阳电池的理论转换效率 129

8.3.1量子产额 129

8.3.2转换效率 130

8.3.3电子和空穴有效质量对转换效率的影响 131

8.4 PbSe量子点中的多激子产生 133

8.4.1 PbSe量子点的电子结构 133

8.4.2 PbSe量子点中的碰撞电离 135

8.4.3载流子倍增的量子产额 135

8.5 Si和CdSe量子点中的多激子产生 140

8.5.1 Si量子点 140

8.5.2 CdSe量子点 142

8.6量子点激子太阳电池 143

参考文献 145

第9章 热载流子太阳电池 147

9.1光生载流子的热化弛豫和变冷收集过程 147

9.1.1载流子的热化弛豫过程 147

9.1.2热载流子的变冷收集过程 148

9.2热载流子太阳电池的转换效率 149

9.2.1热载流子太阳电池的结构组态 149

9.2.2热载流子的等熵输出 150

9.2.3转换效率的理论计算 150

9.2.4影响转换效率的各种因素 153

9.3光学热载流子太阳电池 155

9.4 InN热载流子太阳电池 156

9.4.1 InN热载流子太阳电池的结构组态 156

9.4.2影响InN热载流子太阳电池转换效率的因素 157

9.5热损耗对太阳电池转换效率的影响 159

9.6超薄a-Si：H层太阳电池中的热载流子效应 161

9.7热光伏器件简介 162

9.7.1热光伏太阳电池 162

9.7.2热光子转换器 163

参考文献 163

第10章 表面等离子增强太阳电池 165

10.1表面等离子激元概述 165

10.2薄膜太阳电池中的表面等离子增强效应 166

10.2.1薄膜太阳电池的等离子光俘获效应 166

10.2.2纳米微粒的等离子光散射效应 166

10.2.3纳米微粒的等离子光聚焦效应 167

10.2.4表面等离子激元的光俘获效应 168

10.3表面等离子增强太阳电池的物理优势 168

10.3.1半导体光吸收层厚度的减薄 168

10.3.2大面积太阳电池制作的实现 169

10.4表面等离子增强太阳电池的结构形式 170

10.5不同材料类型的表面等离子增强太阳电池 171

10.5.1 Si基薄膜表面等离子增强太阳电池 171

10.5.2量子阱表面等离子增强太阳电池 173

10.5.3有机薄膜表面等离子增强太阳电池 175

10.6光子晶体太阳电池 176

参考文献 178

中英文专业词汇对照与索引 180