第1章  緒論    001
1.1  常規能源    001
1.2  新能源    002
1.3  先進能源技術    003
1.3.1  太陽能    003
1.3.2  氫能    004
1.3.3  燃料電池    006
1.3.4  生物質能    008
1.3.5  化學電源    009
1.3.6  介電儲能    012
習題    013
參考文獻    013

第2章  太陽能電池材料與器件    015
2.1  概述    015
2.1.1  太陽能    015
2.1.2  太陽能電池的發展與展望    016
2.2  太陽能電池中的光電轉換機制     轉換機制    017
2.3  太陽能電池的分類    018
2.4  p型晶硅太陽能電池    018
2.4.1  多晶硅太陽能電池    019
2.4.2  單晶硅太陽能電池    022
2.5  n型晶硅太陽能電池    024
2.5.1  HJT太陽能電池    025
2.5.2  TOPCon太陽能電池    027
2.6  背接觸太陽能電池    029
2.6.1  金屬纏繞穿透技術（MWT）太陽能電池    029
2.6.2  IBC太陽能電池    029
2.6.3  HBC太陽能電池    030
2.6.4  TBC太陽能電池    031
2.7 &nbs化合物太陽能電池    032
2.7.1  GaAs薄膜太陽能電池    033
2.7.2  CdTe薄膜太陽能電池    033
2.7.3  CIGS薄膜太陽能電池    035
2.8  鈣鈦礦太陽能電池    037
2.8.1  鈣鈦礦太陽能電池簡介    037
2.8.2  單結鈣鈦礦太陽能電池    039
2.8.3  疊層電池    039
習題    041
參考文獻    041

第3章  氫能材料與技術    045
3.1  概述    045
3.1.1  氫的性質    045
3.1.2  氫的發展簡史    047
3.1.3  氫的展望    049
3.2  氫的制備方法    050
3.2.1  化石燃料制氫    050
3.2.2  生物質制氫    054
3.2.3  太陽能制氫    056
3.2.4  電解水制氫    064
3.3  氫的純化    069
3.3.1  金屬氫化物法    070
3.3.2  吸附法    072
3.4  氫的存儲    073
3.4.1  金屬儲氫材料    074
3.4.2  無機化合物儲氫材料    075
3.4.3  有機液體儲氫材料    076
3.4.4  碳質儲氫材料    076
3.5  氫的應用    077
習題    077
參考文獻    078

第4章  燃料電池材料與器件    082
4.1  概述    082
4.1.1  燃料電池的概念    082
4.1.2  燃料電池的發展    084
4.1.3  燃料電池的組成    085
4.1.4  燃料電池的基本原理    087
4.1.5  燃料電池的性能參數    088
4.2  燃料電池的分類    090
4.2.1  堿性燃料電池    090
4.2.2  磷酸燃料電池    091
4.2.3  熔融碳酸鹽燃料電池    091
4.2.4  固體氧化物燃料電池    092
4.2.5  質子交換膜燃料電池    093
4.3  質子交換膜燃料電池    094
4.3.1  工作原理    094
4.3.2  電催化劑    099
4.3.3  催化劑載體    104
4.3.4  質子交換膜    112
4.4  燃料電池的應用    115
4.4.1  固定電源    116
4.4.2  交通動力    116
4.4.3  便攜式電源    117
習題    117
參考文獻    118

第5章  生物質能材料與技術    123
5.1  概述    123
5.1.1  生物質    123
5.1.2  生物質能    124
5.1.3  生物質能利用技術    125
5.2  生物質發電    127
5.2.1  生物質直接燃燒發電    127
5.2.2  生物質氣化發電    127
5.2.3  沼氣發電    128
5.3  生物燃料乙醇    128
5.3.1  生物燃料乙醇的制備原理    129
5.3.2  生物燃料乙醇的制備工藝    130
5.3.3  糖類原料制備生物燃料乙醇    131
5.3.4  澱粉類原料制備生物燃料乙醇    131
5.3.5  纖維素類原料制備生物燃料乙醇    131
5.4  生物柴油    133
5.4.1  生物柴油的制備原理    134
5.4.2  生物柴油的制備工藝    135
5.5  生物質制氫    136
5.5.1  生物質制氫原理    136
5.5.2  生物質制氫工藝    137
習題    140
參考文獻    140

第6章  新型二次電池材料與器件    141
6.1  概述    141
6.2  鋰離子電池    141
6.2.1  鋰離子電池正電極材料    142
6.2.2  鋰離子電池負極材料    147
6.2.3  鋰離子電池電解質    150
6.2.4  鋰離子電池隔膜    154
6.3  水基鋰離子電池    157
6.3.1  第一代水基鋰離子電池    157
6.3.2  第二代水基鋰離子電池    159
6.3.3  第三代水基鋰離子電池    159
6.3.4  鹽包水可充電鋰電池    159
6.4  鋰硫電池    160
6.4.1  鋰硫電池原理    160
6.4.2  硫正電極    161
6.4.3  鋰硫電池電解液    161
6.5  鋰空氣電池    162
6.6  鈉離子電池    163
6.6.1  鈉離子電池正極材料    164
6.6.2  鈉離子電池負極材料    165
6.6.3  鈉離子電池電解質    165
習題    167
參考文獻    167

第7章  新型介電儲能材料與器件    171
7.1  概述    171
7.1.1  介電儲能概念    172
7.1.2  介電儲能的基本原理    176
7.1.3  介電儲能器件    177
7.2  介電儲能材料    178
7.2.1  非鐵電儲能材料    178
7.2.2  鐵電儲能材料    179
7.2.3  弛豫鐵電儲能材料    180
7.2.4  反鐵電儲能材料    180
7.2.5  鐵電儲能復合材料    181
7.3  介電儲能材料性能參數    184
7.3.1  介電性能    184
7.3.2  擊穿場強    184
習題    186
參考文獻    186

能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。目前人類社會對能源的利用正在從化石能源時代進入以可再生能源為主的清潔新能源時代。新能源替代傳統能源並實現綠色低碳轉型是全球的普遍共識。現今，中國是世界上最大的能源生產國和消費國，能源工業的健康發展攸關我國資源、環境和社會經濟的可持續發展。黨的二十大報告指出，積極穩妥推進“碳達峰”“碳中和”；深入推進能源革命，加快規劃建設新型能源體繫。在國家“雙碳”目標下，尋求“新能源 儲能”協同發展，新能源技術將在清潔轉型、能源安全、經濟發展中占據極其重要的戰略地位。
在國家新能源戰略需求背景下，於2012年正式設立新能源材料與器件專業，培養新能源領域專門人纔。本教材面向未來國家經濟建設和社會發展的重大需求，培養學生在繫統掌握專業領域技術理論的基礎上，具備較強的研發能力、創新意識和較強的工程實踐能力，能夠從事本專業領域的基礎理論研究以及新材料、新工藝和新技術研發等科技工作。
本書由多年從事新能源材料與器件相關領域教學與科研的重慶科技大學教師和具有豐富實踐經驗的通威太陽能（成都）有限公司蘇榮高級工程師共同編寫。全書共分7章，重慶科技大學望軍編寫第1章緒論、楊倩編寫第3章氫能材料與技術、金夢編寫第4章燃料電池材料與器件、劉曉燕編寫第5章生物質能材料與技術、邢安編寫第6章新型二次電池材料與器件、範保艷編寫第7章新型介電儲能材料與器件，通威太陽能（成都）有限公司蘇榮編寫第2章太陽能電池材料與器件，全書由劉曉燕教授統稿並審定。全書基本涵蓋了當今備受關注的新能源和先進儲能技術的重要內容，包括新能源材料的制備方法及表征手段，能量轉換與存儲材料及其器件設計等基本理論知識，相關器件的基本原理、組裝技術和評價方法等。每個章節在正文內容後都設有習題和參考文獻；各章之間既有一定關聯性，又可以獨立成章，可根據不同學時靈活選用進行教學。
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本教材適當引用了權威可靠且有重要影響的參考文獻，編者致以感謝。因編者水平有限，書中仍存在不足之處，希望廣大讀者朋友提出寶貴意見和建議，在此一並表示感謝。

編者      
2023年5月