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| 編輯推薦： |
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本书适用于初步接触太阳能电池研究的本科生、研究生，可作为纳米半导体材料科学和技术相关学科的参考教材。
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| 內容簡介： |
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当前，我国太阳能电池产业正处于飞速发展的黄金时期，传统晶硅电池产业日趋成熟，同时新型太阳能电池的研发与产业化也在不断推进。在此背景下，本书力图全面深入地介绍太阳能电池的原理、技术与应用，为读者提供一本兼具理论深度和实践指导的权威之作。本书详细阐释了太阳能与太阳能电池的基本物理原理与特性，系统梳理了各类太阳能电池的发展脉络，深入探讨了太阳能电池的测试原理与分析方法，重点介绍了太阳能电池性能提升的前沿技术，进一步阐述了光伏发电系统的设计与应用。本书可作为高等院校半导体材料与器件、光伏科学与工程等专业的本科生和研究生的教材或参考书目，也可为从事光伏领域研究的其他科研人员提供指导。
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序前言第1章太阳光性质及利用1.1光的性质1.1.1光的波粒二象性1.1.2光子能量1.1.3光子通量1.1.4光谱辐照度1.2太阳和太阳光1.2.1太阳结构1.2.2黑体辐射1.2.3太阳辐射强度1.3大气质量与标准太阳光谱1.3.1大气质量1.3.2标准太阳光谱1.4太阳能的转换方式思考题参考文献第2章纳米半导体材料物理基础2.1纳米半导体材料的晶体性质2.1.1纳米半导体材料的晶格结构2.1.2常见太阳能电池材料的晶格结构2.2纳米半导体材料的电子性质2.2.1薛定谔方程和布洛赫波2.2.2布里渊区2.2.3导带和价带2.2.4直接带隙和间接带隙2.2.5状态密度2.2.6激子2.3掺杂2.3.1本征半导体2.3.2掺杂半导体2.3.3杂质能级的计算2.3.4缺陷思考题参考文献第3章纳米半导体材料中的载流子3.1载流子分布3.1.1费米分布3.1.2玻尔兹曼分布3.2载流子浓度3.3载流子的产生3.3.1吸收系数3.3.2直接带隙半导体3.3.3间接带隙半导体3.3.4常见太阳能电池材料载流子产生3.4载流子的复合3.4.1辐射复合3.4.2俄歇复合3.4.3陷阱复合3.4.4表面复合和晶界复合3.5载流子的输运3.5.1载流子连续性方程3.5.2载流子的扩散和漂移思考题参考文献第4章半导体接触4.1载流子分离机理4.2功函数4.3金属半导体接触4.3.1金属半导体接触势垒4.3.2金属半导体接触的电流输运理论4.3.3肖特基接触与欧姆接触4.4半导体半导体接触4.4.1pn结与pin结4.4.2同质结与异质结4.5表面态和界面态4.5.1表面态4.5.2界面态思考题参考文献第5章太阳能电池基本原理5.1太阳能电池工作机理5.1.1光生电流和量子效率5.1.2光生电压和肖克莱方程5.2太阳能电池的主要参数5.2.1开路电压5.2.2短路电流5.2.3填充因子5.2.4光电转化效率5.2.5寄生电阻5.2.6理想因子5.3肖克利奎伊瑟（ShockleyQueisser）极限5.3.1细致平衡原理5.3.2太阳能电池极限效率的计算5.3.3太阳光谱对电池极限效率的影响5.3.4带隙与太阳能电池极限效率思考题参考文献第6章纳米半导体材料与太阳能电池表征6.1结构形貌表征6.1.1X射线相关表征技术6.1.2电子束相关表征技术6.1.3扫描探针显微表征技术6.2元素成分表征6.2.1能谱分析表征技术6.2.2质谱分析表征技术6.3光学特性表征6.3.1稳态光学表征技术6.3.2瞬态光学表征技术6.4电学特性表征6.4.1稳态电学表征技术6.4.2瞬态电学表征技术6.5太阳能电池组件性能测试6.5.1光伏性能测试6.5.2稳定性测试思考题参考文献第7章纳米半导体太阳能电池前沿材料7.1硅基薄膜太阳能电池7.1.1硅基薄膜材料的结构特征和光电性质7.1.2硅太阳能电池的制备7.1.3硅基薄膜太阳能电池的器件结构7.2铜铟镓硒薄膜太阳能电池7.2.1铜铟镓硒的物理结构和特性7.2.2铜铟镓硒吸收层的制备方法7.2.3铜铟镓硒太阳能电池的设计7.3铜锌锡硫太阳能电池7.3.1铜锌锡硫半导体材料的物理结构和特性7.3.2铜锌锡硫吸收层的制备方法7.3.3铜锌锡硫太阳能电池的设计7.4有机太阳能电池7.4.1有机太阳能电池的工作原理7.4.2有机太阳能电池的材料选择7.4.3有机太阳能电池的设计7.5量子点太阳能电池7.5.1量子点的基本性质7.5.2量子点太阳能电池材料选择7.5.3量子点太阳能电池的设计7.6钙钛矿太阳能电池7.6.1钙钛矿材料的结构特征与光电特性7.6.2钙钛矿太阳能电池吸收层制备及界面修饰7.6.3钙钛矿太阳能电池的设计7.6.4钙钛矿太阳能电池面临的问题与展望思考题参考文献第8章纳米半导体太阳能电池前沿技术8.1聚光太阳能电池8.1.1聚光系数与聚光系统8.1.2聚光太阳能电池的效率极限8.1.3聚光太阳能电池的设计8.2叠层太阳能电池8.2.1光学串联8.2.2四端叠层和两端叠层8.2.3叠层太阳能电池设计8.3热载流子太阳能电池8.3.1光生载流子热弛豫过程8.3.2热载流子太阳能电池的特性8.3.3热载流子太阳能电池的设计8.4柔性太阳能电池8.4.1柔性衬底与材料选择8.4.2柔性太阳能电池的制备工艺8.4.3柔性太阳能电池的设计8.5空间太阳能电池8.5.1太空辐射损伤与热损伤8.5.2空间太阳能电池的特性8.5.3空间太阳能电池的设计思考题参考文献第9章光伏发电系统及应用9.1光伏发电可持续发展前沿9.1.1光伏发电可持续发展规划9.1.2光伏发电可持续发展布局9.1.3光伏发电可持续发展政策9.2光伏发电系统的组成与工作原理9.2.1光伏发电系统的组成9.2.2光伏发电系统的工作原理9.3光伏发电系统设计9.3.1独立光伏发电系统设计9.3.2并网光伏发电系统设计9.3.3混合光伏发电系统设计9.4光伏发电系统应用9.4.1光伏建筑一体化系统9.4.2光伏发电交通系统9.4.3光伏发电通信系统9.4.4光伏发电水泵系统9.4.5光伏发电电解水制氢系统9.4.6渔农光互补发电系统9.5光伏发电系统效益分析9.5.1光伏组件对系统发电量的影响9.5.2光伏组件的安全性思考题参考文献
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| 內容試閱：
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随着全球能源需求的不断增加和气候变化对人类社会的重大威胁，寻求高效、可持续的清洁能源成为推动生态文明建设的关键。2020年，我国基于推动实现可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当，宣布了碳达峰和碳中和的目标愿景。当前我国正处于实现“双碳”目标、构建“清洁低碳、安全高效”能源体系的关键时期。太阳能作为地球上最丰富、最环保的能源之一，其高效转化与利用无疑是解决这一难题的重要途径。而太阳能电池作为太阳能高效转化为电能的核心技术载体，更是这一领域的璀璨明珠，推动着全球能源结构向更加绿色、清洁及可持续的未来转型。太阳能电池的发展与其性能的提升直接依赖于材料科学的进步，而纳米半导体材料以其超小的尺寸效应、显著的量子限域效应以及独特的表面与界面性质，引领着材料科学、电子学、能源技术等多个领域的深刻变革，也为太阳能电池的革新与发展注入了前所未有的活力与希望。纳米科技以其交叉性、基础性、引领性和变革性的特征，带动了新功能光电纳米材料体系前沿领域的快速发展，成为推动科学发展的新引擎。其中，纳米科学与光伏发电技术是具有前沿性和多学科特征的高科技新兴学科领域，其理论基础涉及物理学、化学、材料学、机械学、微电子学、光学等不同学科。本书以多学科交叉的视角，详细介绍纳米材料的可控合成、光伏发电的工作原理、先进表征技术的开发及其在太阳能电池中的具体应用、光伏发电系统设计与应用案例，提供从基础理论到实际应用的逐步指导，同时引入全球范围内最新的科研成果、技术突破和未来发展方向，力求为读者提供一本兼具理论深度和实践指导的参考书籍，成为高等院校的教材与光伏领域研究人员的技术手册。本书编者长期从事低维纳米半导体材料的精准控制生长、界面调控及其在光电能量转换领域的功能化研究，在纳米半导体材料的制备及其在光电器件中的应用前沿领域积累了丰富的经验，特别是在半导体太阳能电池器件的构筑、性能调控与应用方面取得了一些重要的原创性成果。因此，编者能够结合理论研究与实际应用，以独特的视角对半导体技术在太阳能电池能源领域的应用进行深度剖析，力争在太阳能电池的物理理论、工作原理与实际应用方面为读者提供深入且全面的学习材料。编者希望通过本书的出版，进一步普及太阳能电池技术及其应用方面的知识，促进相关产业的发展。本书内容共分为9章，从太阳光性质及利用出发（第1章），详细阐释了纳米半导体材料基本的物理性质（第2、3章），为读者后续各章的学习提供基础物理知识；深入探讨了太阳能电池的基本工作原理（第4、5章），使读者理解光生电流与光生电压产生的基本物理图像；重点解读了纳米半导体材料与太阳能电池的测试原理与表征分析方法（第6章），系统梳理了纳米半导体太阳能电池前沿材料的发展脉络（第7章），使读者对主流光伏技术的发展现状与未来前景有初步的认识；阐述了太阳能电池性能提升的前沿技术（第8章），着重介绍了有望突破效率极限的各类新概念太阳能电池；特别介绍了光伏发电系统的设计与应用中需要注意的问题（第9章），并结合实际光伏发电系统给出了案例，以便读者在学习过程中更好地将理论知识与实践相结合。本书适用于初步接触太阳能电池研究的本科生、研究生，可作为纳米半导体材料科学和技术相关学科的参考教材。本书的编写基于编者在纳米半导体材料与器件方面教学和科研工作的积累，同时参考了国内外相关领域的权威文献资料，在此向这些文献的作者致以谢意。在本书的编写过程中，我们有幸得到了很多同行的帮助和支持。在此感谢北京科技大学前沿交叉科学技术研究院与新金属材料国家重点实验室的各位老师和学生。编者力求使本书物理图像清晰、理论推导准确、语言简洁精准，但由于纳米光伏技术的研究发展日新月异，加之我们的学识和精力有限，书中难免有疏漏或不足之处。我们诚挚地邀请各位专家学者及其他广大读者提供宝贵意见，您的批评与指正将是推动本书不断趋于完善的强大动力。编者
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