1 能源经济问题 1
1.1 能源经济 2
1.2 化石能源最大储量的估算 4
1.3 温室效应 7
1.3.1 燃烧 7
1.3.2 地球的温度 7
2 光子 11
2.1 黑体辐射 12
2.1.1 空腔光子密度nγ（普朗克辐射定律） 12
2.1.2 通过面积dA进入立体角dΩ的能量电流 17
2.1.3 从球面进入立体角dΩ的辐射 20
2.1.4 从表面单元进入半球的辐射（斯蒂芬-玻耳兹曼辐射定律） 21
2.2 非黑体辐射的基尔霍夫定律 23
2.2.1 半导体吸收 25
2.3 太阳光谱 26
2.3.1 大气质量 28
2.4 太阳辐射强度 29
2.4.1 阿贝正弦条件 31
2.4.2 几何光学 32
2.4.3 正弦条件下的辐射强度 33
2.5 太阳能转化的最大效率 34
3 半导体 43
3.1 半导体中的电子 45
3.1.1 电子的分布函数 46
3.1.2 电子的态密度De 47
3.1.3 电子的密度 51
3.2 空穴 53
3.3 掺杂 56
3.4 准费米分布 60
3.4.1 费米能级及电化学势 63
3.4.2 功函 68
3.5 电子和空穴的产生 69
3.5.1 光子吸收 69
3.5.2 电子-空穴对的发生 72
3.6 电子与空穴的复合 76
3.6.1 辐射复合，光子发射 76
3.6.2 非辐射复合 79
3.6.3 寿命 89
3.7 半导体发光 91
3.7.1 跃迁率与吸收系数 92
4 热辐射转化为化学能 97
4.1 化学能产生的最大效率 100
5 化学能转化为电能 107
5.1 电子及空穴传输 108
5.1.1 场电流 108
5.1.2 扩散电流 110
5.1.3 总电荷电流 111
5.2 电子和空穴的分离 114
5.3 少数载流子的扩散长度 116
5.4 介电弛豫 118
5.5 双极扩散 119
5.6 丹培效应 120
5.7 数学描述 123
6 太阳能电池的基本结构 125
6.1 化学太阳能电池 126
6.2 太阳能电池基本机理 130
6.3 染料太阳能电池 131
6.4 pn结 133
6.4.1 黑暗中电子在pn结中的电化学平衡 133
6.4.2 pn结电位分布 134
6.4.3 pn结的伏安（电流-电压）特性 138
6.5 pn结掺杂复合二极管模型 143
6.6 异质结 146
6.7 半导体-金属接触 148
6.7.1 肖特基接触 150
6.7.2 金属-绝缘体-半导体接触 151
6.8 电场在太阳能电池中的作用 152
7 太阳能电池能量转换限制 157
7.1 太阳能电池最大效率 158
7.2 太阳能电池效率与能隙的函数 161
7.3 最理想的硅太阳能电池 162
7.3.1 光捕捉 164
7.4 薄膜太阳能电池 168
7.4.1 太阳能电池的最小厚度 169
7.5 等效电路 171
7.6 开路电压的温度依赖 172
7.7 效率的强度依赖 173
7.8 单个能量转换过程效率 174
8 提高太阳能电池效率的概念 177
8.1 串接电池 178
8.1.1 串接电池的电连接 181
8.2 聚光器电池 183
8.3 热伏能量转换 184
8.4 碰撞电离 186
8.4.1 碰撞电离热电子 189
8.4.2 热电子与空穴的能量转换 189
8.5 三水平体系中的两步激发 192
8.5.1 杂质光伏效应 193
8.5.2 光子的上转换与下转换 197
9 前景展望 203
附录 208
索引 211