了得網工業技術_新概念太陽電池

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太陽能電池

內容簡介

新概念太陽電池是運用新思路設計，利用新材料構建和采用新技術制作的“高效率、低成本、長壽命和無毒性”的新一代光伏器件，是現代光伏技術發展中的一個活躍前沿。《新概念太陽電池》繫統地介紹了各類新概念太陽電池的工作原理、光伏性能、制作方法及研究進展。這些太陽電池主要包括Ⅲ-V族化合物疊層太陽電池、量子阱太陽電池、納米結構太陽電池、量子點中間帶太陽電池、量子點激子太陽電池、熱載流子太陽電池以及表面等離子增強太陽電池等。

目錄
《21世紀新能源叢書》序
前言
第1章結論 1
1.1 **代太陽電池——晶體太陽電池 1
1.2 第二代太陽電池——薄膜太陽電池 2
1.3 第三代太陽電池——新概念太陽電池 3
參考文獻 6
第2章納米量子結構光伏材料的制備技術 8
2.1 量子點的物理自組織生長 8
2.1.1 InAs量子點 8
2.1.2 InSb量子點 9
2.1.3 疊層InAs量子點 9
2.2 納米晶粒的化學自組裝合成 10
2.2.1 化學自組裝的基本原理 10
2.2.2 PbSe鋪米晶粒 10
2.2.3 CdSe納米晶粒
2.2.4 CdTe納米晶糙
2.3 Si基納米結構的等離子體化學氣相沉積生長 12
2.3.1 納米晶Si薄膜的直接沉積生長 12
2.3.2 多層Si量子點的追火限制晶化生長
2.4 準一維納米結構的生長與合成 14
2.4.1 Si鈉米線的金屬催化生長 14
2.4.2 碳納米臂的自取向生長 15
2.4.3 Ti02納米線網絡的定向吸附生長 16
2.5 應變量子阱的分子束外延生長 17
2.5.1 晶格匹配AlxGal-xAs/GaAs量子阱的生長 17
2.5.2 晶格失配量子阱結構的生長 17
2.6 納米晶粒/聚合物復合結構的制備與合成 18
2.6.1 CdSe納米晶粒/聚合物復合結構 18
2.6.2 TiO2納米晶粒/聚合物復合結構 19
參考文獻 20
第3章太陽電池的光伏原理 22
3.1 太陽光的輻射強度與太陽電池的光譜響應 22
3.1.1 太陽光的輻射強度 22
3.1.2 太陽電池的光譜響應 23
3.2 半導體中的光吸收 23
3.2.1 直接帶隙半導體的光吸收 23
3.2.2 間接帶隙半導體的光吸收 24
3.3 太陽電池的光生伏特效應 25
3.3.1 無機固態pn結太陽電池 25
3.3.2 有機光電化學太陽電池 27
3.4 太陽電池的轉換效率分析 29
3.4.1 單結太陽電池 29
3.4.2 肖特基勢壘太陽電池 33
3.4.3 聚光太陽電池 34
3.5 太陽電池的能量損失機制 35
3.5.1 影響太陽電池轉換效率的主要因素 35
3.5.2 入射光子能量的損失 36
3.5.3 體內載流子復合的損失 37
3.5.4 表面缺陷復合的損失 38
3.5.5 接觸串聯電阻的損失 38
3.5.6 電池表面光反射的損失 39
3.6 太陽電池中的細致平衡原理 40
參考文獻 41
第4章 Ⅲ-Ⅴ族化合物疊層太陽電池 42
4.1 疊層太陽電池的工作原理 42
4.2 疊層太陽電池的結構組態 44
4.2.1 垂直串聯疊層太陽電池 44
4.2.2 橫向並聯疊層太陽電池 44
4.3 疊層太陽電池的J-V特性 46
4.3.1 短路電流密度 46
4.3.2 J-V特性 46
4.4 疊層太陽電池的轉換效率分析 47
4.4.1 帶隙組合 48
4.4.2 隧穿結特性 48
4.4.3 子電池厚度 49
4.4.4 中間反射層 49
4.4.5 光照射強度 50
4.4.6 電池溫度 50
4.5 Ⅲ-V族化合物材料的光伏性質 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 幾種主要的Ⅲ-Ⅴ族化合物疊層太陽電池 53
4.6.1 AIGaAs/GaAs雙結太陽電地 53
4.6.2 GaInP/GaAs雙結太陽電池 54
4.6.3 GaInP/GaAs/Ge三結太陽電池 55
4.6.4 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物疊層太陽電池 56
參考文獻 56
第5章量子阱太陽電池 58
5.1 量子阱中電子躍遷的選擇定則 58
5.2 量子阱太陽電池的結構組態與能帶特性 60
5.3 量子阱太陽電池的光電流密度與轉換效率 60
5.4 量子阱中載流子的逃逸與收集 62
5.4.1 載流子的逃通過程 62
5.4.2 載流子的逃逸時間 62
5.4.3 調制多量子阱中的載流子逃逸 63
日量子阱太陽電池的光譜響應與量子效率 64
5.6 不同結構類型的量子阱太陽電池 65
5.6.1 Si02/Si量子阱太陽電池 65
5.6.2 InGaAs/GaAs多量子阱太陽電池 67
5.6.3 InGaN/GaN多量子阱太陽電池 67
參考文獻 68
第6章納米結構太陽電池 70
6.1 納米結構材料的光伏性質 70
6.1.1 納米晶粒的量子尺寸效應 70
6.1.2 納米微糙的高效能量轉換效應 71
6.1.3 納米晶粒中的光生載流子分離效應 71
6.1.4 納米結構的抗反射特性 72
6.1.5 同軸蝴米棒的電子輸運特性 73
6.2 納米薄膜太陽電池 74
6.2.1 nc-Si：H薄膜的光伏性質 74
6.2.2 p-i-n 結掏太陽電池 76
6.2.3 nc-Si：H薄膜太陽電池 76
6.3 納米線與納米管太陽電池 79
6.3.1 Si納米線的低反射率特性 79
6.3.2 Si納米線太陽電池 80
6.3.3 Si鈉米線/聚合物太陽電池 82
6.3.4 GaAs納米線太陽電池 82
6.3.5 碳納米管太陽電池 84
6.4 納米結構染料敏化太陽電池 85
6.4.1 作為光陽極的Ti02納米結構 85
6.4.2 Ti02納米結構染料敏化太陽電池的光伏特性 86
6.5 量子點敏化太陽電池 87
6.5.1 量子點敏化的特點 87
6.5.2 CdSe量子點敏化太陽電池 88
6.5.3 CdS量子點敏化太陽電池 88
6.5.4 CdS/CdSe量子點共敏化太陽電池 89
參考文獻 90
第7章量子點中間帶太陽電池 93
7.1 中間帶半導體材料的形成方法 93
7.2 中間帶太陽電池的細致平衡模型 94
7.2.1 中間帶半導體的能量上轉換原理， 94
7.2.2 Luque與Marti細致平衡模型 95
7.2.3 Strandberg與Reenaas細致平衡模型 97
7.3 ZnTe：O中間帶太陽電池的光伏性能 100
7.3.1 光譜晌應特性 100
7.3.2 載流子的產生與復合 101
7.3.3 電流輸運理論 103
7.3.4 影響轉換效率的因素 105
7.4 量子點中間帶的物理特點 107
7.5 量子點中間帶太陽電池的理論轉換效率 108
7.6 量子點中間帶太陽電池的構建與實現 110
7.6.1 p-i-n量子點中間帶太陽電池 110
7.6.2 圍欄勢壘型p-i-n量子點中間帶太陽電池 113
7.6.3 提高電池轉換效率的技術對策 115
7.7 幾種新型結構的中間帶太陽電池 121
7.7.1 光子棘輪中間帶太陽電池 121
7.7.2 InGaAs量子結中間帶太陽電池 122
7.7.3 雙層抗反射中間帶太陽電地 123
參考文獻 124
第8章量子點激子太陽電池 126
8.1 構建量子點激子太陽電池的物理思考 126
8.2 量子點中多激子產生的物理過程 127
8.2.1 踫撞電離倍增過程 127
8.2.2 能量相互作用過程 127
8.3 量子點激子太陽電池的理論轉換效率 129
8.3.1 量子產額 129
8.3.2 轉換效率 130
8.3.3 電子和空穴有效質量對轉換效率的影響 131
8.4 PbSe量子點中的多激子產生 133
8.4.1 PbSe量於點的電子結構 133
8.4.2 PbSe量子點中的踫撞電離 135
8.4.3 載流子倍增的量子產額 135
8.5 Si和CdSe量子點中的多激子產生 140
8.5.1 Si量子點 140
8.5.2 CdSe量子點 142
8.6 量子點激子太陽電池 143
參考文獻 145
第9章熱載流子太陽電池 147
9.1 光生載流子的熱化弛豫和變冷收集過程 147
9.1.1 載流子的熱化弛豫過程 147
9.1.2 熱載流子的變冷收集過程 148
9.2 熱載流子太陽電池的轉換效率 149
9.2.1 熱載梳子太陽電池的結構組態 149
9.2.2 熱載梳子的等娟輸出 150
9.2.3 轉換效率的理論計算 150
9.2.4 影響轉換效率的各種因素 153
9.3 光學熱載流子太陽電池 155
9.4 InN熱載流子太陽電池 156
9.4.1 InN熱載流子太陽電池的結構組態 156
9.4.2 影響InN熱載流子太陽電池轉換效率的因素 157
9.5 熱損耗對太陽電池轉換效率的影響 159
9.6 超薄a-Si：H層太陽電池中的熱載流子效應 161
9.7 熱光伏器件簡介 162
9.7.1 熱光伏太陽電池 162
9.7.2 熱光子轉換器 163
參考文獻 163
第10章表面等高子增強太陽電池 165
10.1 表面等概述 165
10.2 薄膜太陽電池中的表面等離子增強效應 166
10.2.1 薄膜太陽電池的等離子光俘獲效應 166
10.2.2 納米微粒的等離子光散射效應 166
10.2.3 納米微粒的等離子光聚焦效應 167
10.2.4 表面等的光俘獲效應 168
10.3 表面等離子增強太陽電池的物理優勢 168
10.3.1 半導體光吸收層厚度的減薄 168
10.3.2 大面積太陽電池制作的實現 169
10.4 表面等離子增強太陽電池的結構形式 170
10.5 不同材料類型的表面等離子增強太陽電池 171
10.5.1 Si基薄膜表面等離子增強太陽電池 171
10.5.2 量子阱表面等離子增強太陽電池 173
10.5.3 有機薄膜表面等離子增強太陽電池 175
10.6 光子晶體太陽電池 176
參考文獻 178
中英文專業詞彙對照與索引 180

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