新概念太阳电池

新概念太阳电池是运用新思路设计，利用新材料构建和采用新技术制作的“高效率、低成本、长寿命和无毒性”的新一代光伏器件，是现代光伏技术发展中的一个活跃前沿。《新概念太阳电池》系统地介绍了各类新概念太阳电池的工作原理、光伏性能、制作方法及研究进展。这些太阳电池主要包括Ⅲ-V族化合物叠层太阳电池、量子阱太阳电池、纳米结构太阳电池、量子点中间带太阳电池、量子点激子太阳电池、热载流子太阳电池以及表面等离子增强太阳电池等。

《21世纪新能源丛书》序
前言
第1章 结论 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铺米晶粒 10
2.2.3 CdSe纳米晶粒
2.2.4 CdTe纳米晶糙
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量子点的追火晶化生长
2.4 准一维纳米结构的生长与合成 14
2.4.1 Si钠米线的金属催化生长 14
2.4.2 碳纳米臂的自取向生长 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AlxGal-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 AlxGal-xAs材料 52
4.5.3 GaxIn1-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 AIGaAs/GaAs双结太阳电地 53
4.6.2 GaInP/GaAs双结太阳电池 54
4.6.3 GaInP/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 载流子的逃通过程 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 纳米微糙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 同轴蝴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 结掏太阳电池 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钠米线/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 光谱晌应特性 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量子结中间带太阳电池 122
7.7.3 双层抗反射中间带太阳电地 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量于点的电子结构 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 热载梳子太阳电池的结构组态 149
9.2.2 热载梳子的等娟输出 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 表面等高子增强太阳电池 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 表面等离于激元的光俘获效应 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