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第1章　绪论1

1.1　太阳电池的发展历程1

1.1.1　叠层太阳电池2

1.1.2 晶体Si太阳电池3

1.1.3　薄膜太阳电池4

1.1.4　染料敏化太阳电池7

1.1.5　聚合物太阳电池7

1.2　太阳电池的未来展望8

1.2.1　多结叠层太阳电池8

1.2.2　纳米结构太阳电池9

1.2.3　光电化学太阳电池11

参考文献12

第2章　纳米结构光伏材料的制备方法15

2.1　量子点与纳米晶粒的制备方法15

2.1.1　量子点的物理自组织生长16

2.1.2　纳米晶粒的化学自组装合成19

2.1.3 Si纳米晶粒薄膜的制备方法20

2.2　纳米线与纳米管的制备方法22

2.2.1 Si纳米线的生长22

2.2.2 ZnO纳米线的生长24

2.2.3 TiO2与Si纳米管的生长25

2.2.4　单壁与多壁碳纳米管的生长26

2.3　异质结与量子阱的制备方法27

2.3.1 晶格匹配量子阱结构的生长27

2.3.2　晶格失配量子阱结构的生长27

参考文献28

第3章　纳米结构太阳电池的物理基础30

3.1　半导体的光吸收特性30

3.2　半导体的光生伏特效应32

3.2.1 p-n结的光生伏特效应32

3.2.2 肖特基势垒的光生伏特效应32

3.3 p-n结太阳电池的Ⅰ-Ⅴ特性33

3.3.1　无光照时的Ⅰ-Ⅴ特性33

3.3.2　有光照时的Ⅰ-Ⅴ特性35

3.4 p-n结太阳电池的光伏参数37

3.4.1　短路电流密度37

3.4.2　开路电压38

3.4.3　填充因子38

3.4.4　功率转换效率40

3.4.5　光子收集效率41

3.4.6 Shockley-Queisser极限效率41

3.5 p-n结太阳电池的能量损耗机制42

3.6　纳米结构材料的物理性质43

3.6.1　纳米结构材料的电子状态43

3.6.2　纳米结构材料的若干物理效应46

3.7　纳米结构太阳电池中的光生载流子输运48

3.7.1　光生载流子的分离48

3.7.2　光生载流子的收集49

3.8　几种主要纳米结构光伏材料的物理性质50

3.8.1 Si纳米结构51

3.8.2 TiO2纳米结构51

3.8.3 ZnO纳米结构52

3.8.4 PbSe、PbS和PbTe纳米结构52

3.8.5 CdTe、CdSe和CdS纳米结构52

3.8.6 InAs、InGaAs和GaInP纳米结构53

参考文献53

第4章　硅基薄膜太阳电池54

4.1 Si基薄膜材料的结构特征和光电性质54

4.1.1 Si基薄膜材料的结构特点54

4.1.2 Si基薄膜材料的光电特性57

4.2 Si基薄膜太阳电池的器件结构58

4.3 pc-Si薄膜太阳电池59

4.3.1 pc-Si薄膜太阳电池60

4.3.2　提高pc-Si薄膜太阳电池效率的技术途径61

4.4 a-Si:H与μc-Si:H薄膜太阳电池64

4.4.1 a-Si:H薄膜太阳电池的光致衰退现象64

4.4.2 a-Si:H与μc-Si:H薄膜太阳电池64

4.4.3　改善Si基薄膜太阳电池光伏性能的技术措施67

4.5 nc-Si:H薄膜太阳电池73

4.5.1 nc-Si:H薄膜太阳电池的光伏性能73

4.5.2　高效率nc-Si:H薄膜太阳电池的设计与制作74

参考文献76

第5章 多结叠层太阳电池79

5.1　多结叠层太阳电池的物理基础79

5.1.1　叠层太阳电池的工作原理80

5.1.2　叠层太阳电池的等效电路80

5.2　叠层太阳电池的制作方法82

5.2.1　隧道结串接法82

5.2.2　机械堆叠法85

5.3 a-Si:H基叠层太阳电池87

5.3.1 a-Si:H/pc-Si叠层太阳电池87

5.3.2 a-Si:H/μc-Si:H叠层太阳电池90

5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物叠层太阳电池94

5.4.1 Ⅲ-Ⅴ族系太阳电池的特点94

5.4.2 Ⅲ-Ⅴ族双结太阳电池94

5.4.3 Ⅲ-Ⅴ族三结太阳电池96

5.4.4　三结以上的Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池99

5.5 中间带太阳电池100

5.5.1 中间带太阳电池的工作原理100

5.5.2 中间带太阳电池的研究进展101

参考文献104

第6章　纳米结构染料敏化太阳电池107

6.1 NDSSC的结构组成107

6.1.1　纳米结构的光阳极107

6.1.2　电解质体系108

6.1.3　染料敏化剂108

6.1.4　对电极109

6.2 NDSSC的工作原理与载流子输运动力学109

6.2.1 NDSSC的工作原理109

6.2.2 NDSSC中的载流子输运动力学110

6.3 以TiO2纳米结构作为光阳极的NDSSC114

6.3.1 TiO2纳米晶粒薄膜NDSSC114

6.3.2 TiO2准一维纳米结构NDSSC117

6.3.3 TiO2纳米复合物膜层NDSSC118

6.3.4　TiO2核-壳纳米结构NDSSC119

6.3.5 TiO2量子点敏化纳米结构NDSSC120

6.3.6 串联组合电池结构NDSSC122

6.4 以ZnO纳米结构作为光阳极的NDSSC123

6.4.1 ZnO纳米晶粒薄膜NDSSC123

6.4.2 ZnO纳米线NDSSC125

6.5　改善NDSSC光伏特性的技术对策126

参考文献127

第7章　量子结构太阳电池129

7.1　量子阱太阳电池129

7.1.1　量子阱结构中的光吸收129

7.1.2　量子阱太阳电池的结构组态与光电流密度131

7.1.3　量子阱太阳电池的光伏性能与研究进展133

7.2　一维纳米结构太阳电池135

7.2.1 Si纳米线太阳电池135

7.2.2　碳纳米管太阳电池136

7.3　探索量子点太阳电池的物理构想138

7.4　不同结构组态的量子点太阳电池139

7.4.1 p-i-n结构量子点太阳电池139

7.4.2　量子点敏化太阳电池141

7.4.3　基于多激子产生效应的量子点太阳电池143

7.5　发展量子点太阳电池的技术对策148

7.5.1　量子点材料的选择149

7.5.2　有序量子点的形成149

7.5.3　器件结构组态的设计150

7.5.4　量子点界面性质的调整150

参考文献151

第8章　聚合物太阳电池154

8.1　聚合物太阳电池的发展历史154

8.2　聚合物太阳电池的工作原理156

8.2.1　单层聚合物太阳电池156

8.2.2　多层级联聚合物太阳电池157

8.3　聚合物太阳电池的结构组成160

8.3.1　单层结构160

8.3.2　双层结构161

8.3.3　多层结构162

8.3.4　混合异质结构163

8.3.5　叠层电池结构164

8.4　聚合物有机太阳电池光伏材料165

8.4.1　聚合物电极材料165

8.4.2　电子和空穴传输层材料165

8.4.3　活性层材料165

8.4.4　衬底材料167

8.4.5　封装材料168

8.5　聚合物太阳电池的制备技术169

8.5.1　真空蒸镀技术171

8.5.2　旋涂甩胶技术172

8.5.3　喷墨打印技术173

参考文献173

附录　本书常用中英文名称对照175