硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

徐骏 等 著

图书标签:

• 硅基纳米结构
• 太阳能电池
• 纳米材料
• 光伏器件
• 半导体材料
• 材料科学
• 纳米技术
• 薄膜技术
• 能源材料
• 光电转换

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030499172

版次：01

商品编码：12194364

包装：平装

丛书名： “十三五”国家重点出版物出版规划项目 光电子科学与技术前沿丛书

开本：32开

出版时间：2016-09-01

正文语种：中文

内容简介

　　以多名国内工作在第一线的优秀青年的工作为基础，系统介绍了半导体硅基纳米结构的制备及其在新型太阳电池中的应用，既有理论分析，也有丰富的实验结果，对未来电池的研究和进一步效率的提升有着很重要的作用。本书对从事相关领域研究的研究工作者和研究生等有很好的参考价值。

《先进光伏材料：超越硅的边界》 内容梗概： 本书深入探讨了超越传统硅基材料的下一代光伏技术，旨在为研究人员、工程师和行业决策者提供一个全面的视角，了解当前和未来太阳能电池材料的发展前沿。我们将聚焦于那些在能量转换效率、成本效益、柔韧性、环境可持续性以及集成应用潜力等方面展现出巨大优势的新兴材料体系。 第一章：新时代的光伏材料需求与挑战 本章将首先回顾太阳能电池技术的发展历程，重点分析当前以晶体硅为主导的市场格局及其面临的瓶颈，例如理论效率极限的逼近、生产成本的持续下降压力、以及对笨重、刚性材料的局限性。随后，我们将阐述推动新材料研发的根本动力，包括全球能源转型的迫切需求、对更高能量转换效率的不断追求、以及对低成本、轻质、柔性甚至透明太阳能电池的渴望，以满足诸如可穿戴设备、建筑一体化光伏（BIPV）、以及便携式电子产品等新兴应用场景的需求。我们将深入剖析这些新兴应用对材料性能提出的独特要求，例如在弱光下的表现、宽光谱响应能力、长久的使用寿命、以及在复杂环境下的稳定性。最后，本章将概览未来光伏材料研究可能面临的关键挑战，包括材料的可持续性、规模化生产的可行性、以及与现有器件制造工艺的兼容性等。 第二章：钙钛矿太阳能电池：效率飞跃的引领者 钙钛矿太阳电池以其惊人的光电转换效率提升速度和相对简单的制备工艺，已成为当前光伏领域最受瞩目的技术之一。本章将详细介绍钙钛矿材料的晶体结构、电子能带特性以及光吸收机理。我们将深入分析影响钙钛矿电池性能的关键因素，包括其组分选择（如卤化物、阳离子和阴离子的优化）、晶粒尺寸与形貌的调控、以及缺陷的形成与钝化策略。本书将重点阐述各种钙钛矿器件结构，包括n-i-p和p-i-n结构，并分析其各自的优缺点。此外，我们将详细介绍钙钛矿薄膜的制备方法，涵盖溶液法（如旋涂、刮涂、喷涂）和气相沉积法，并探讨如何通过工艺优化来提升薄膜质量和器件效率。同时，本章还将关注钙钛矿太阳能电池在稳定性方面的挑战，例如对湿气、氧气、光照和热的敏感性，并介绍目前主要的稳定性提升策略，包括钝化层、封装技术和材料改性。最后，我们将展望钙钛矿太阳能电池在效率、稳定性、和规模化生产方面的未来发展方向。 第三章：有机太阳能电池：轻质、柔性与多彩的可能 有机太阳能电池（OSCs）凭借其独特的分子设计自由度，在实现轻质、柔性、半透明甚至多彩光伏器件方面展现出巨大的潜力。本章将深入介绍OSCs的核心组成部分：给体（donor）和受体（acceptor）材料。我们将详细阐述有机半导体材料的设计原则，包括控制其HOMO/LUMO能级、提高载流子迁移率、以及优化光吸收光谱。本书将重点介绍当前主流的给体-受体（D-A）共轭聚合物和非富勒烯小分子受体材料，并分析它们在提高器件效率和稳定性方面的最新进展。我们将详细解析OSCs的工作原理，包括激子产生、分离、以及载流子传输过程，并探讨影响器件性能的关键界面工程和形貌调控技术。此外，本章还将讨论OSCs的制备工艺，包括旋涂、印刷（如喷墨打印、卷对卷印刷）等，以及这些工艺如何赋能大规模、低成本的生产。我们还将关注OSCs在稳定性和使用寿命方面的挑战，并介绍相关的改进措施，例如改进的封装技术和更加稳定的有机材料。最后，本章将展望OSCs在建筑集成、可穿戴电子产品、以及物联网传感器等领域的广阔应用前景。 第四章：量子点太阳能电池：量子效应与高效光捕获 量子点（QDs）作为一种具有优异光电性能的纳米材料，为太阳能电池技术带来了新的机遇。本章将详细介绍量子点的光学和电子特性，特别是其尺寸依赖性的量子尺寸效应，如何实现窄而可调的光吸收光谱。我们将重点关注不同类型的量子点材料，如II-VI族（CdSe, CdTe）、IV-VI族（PbS, PbSe）、以及III-V族（InP）量子点，并分析它们在太阳能电池中的应用优势。本书将深入探讨量子点太阳能电池的几种主要工作机制，包括胶体量子点太阳能电池（CQDSCs）和量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）。我们将详细介绍CQDSCs的器件结构，包括量子点吸光层、电子传输层和空穴传输层，并分析界面工程和载流子传输效率的优化策略。对于QDSSCs，我们将阐述量子点如何作为染料敏化太阳能电池中的光敏剂，并分析其与TiO2等半导体基底的相互作用。本章还将讨论量子点在实现多光谱吸收、提高光捕获效率以及潜在的级联增益效应方面的应用。同时，我们也会探讨量子点太阳能电池在稳定性、毒性（如铅的替代）和规模化制备方面的挑战。最后，本章将展望量子点太阳能电池在提高效率、拓宽光谱响应以及与其他光伏技术结合方面的未来潜力。 第五章：薄膜太阳能电池的其他新兴材料体系 除了钙钛矿、有机物和量子点，还有其他一批具有潜力的薄膜太阳能电池材料正在积极研发中。本章将对这些新兴材料体系进行概览性介绍。 铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池： 作为一种成熟的薄膜技术，CIGS电池在效率和稳定性方面取得了显著成就。本章将介绍CIGS的材料特性、生长方法（如共蒸发、硒化）以及其器件结构优化。我们将分析CIGS电池面临的挑战，如元素配比的精确控制和原材料的稀缺性，并探讨其在特定应用场景下的优势。 碲化镉（CdTe）太阳能电池： CdTe是另一种重要的薄膜光伏技术，以其高效和低成本生产而闻名。本章将介绍CdTe材料的特性、制备工艺（如真空沉积、化学浴沉积）以及其器件结构。我们将讨论CdTe电池在稳定性和潜在的毒性问题方面的应对策略，以及其在商业化应用中的进展。 III-V族多结太阳能电池（非硅基）： 虽然III-V族材料常用于高效率的聚光太阳能电池，但本章将侧重于其在非聚光、薄膜形式上的发展潜力。我们将介绍多结器件的工作原理，即通过堆叠不同带隙的材料来拓宽光谱响应范围，从而实现超高效率。本章将讨论其在地面应用中的材料选择、器件设计和制备挑战，并展望其在高效率要求下的独特价值。 其他前沿探索： 最后，本章还将简要介绍一些更加前沿的材料体系，例如基于二维材料（如石墨烯、过渡金属二硫化物）的光伏器件，以及基于纳米线或纳米管的结构化光伏器件，探讨这些新型材料在实现超高效率、独特功能性（如透明性）方面的潜力。 第六章：材料创新与器件工程的协同发展 本章将强调材料科学的进步与器件工程设计的紧密结合，是推动太阳能电池技术发展的双翼。我们将探讨如何通过先进的材料表征技术，例如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、光致发光（PL）光谱等，深入理解材料的微观结构、表面形貌、以及光学和电学特性，从而指导材料的优化和改性。 此外，本章还将深入研究界面工程在提升光伏器件性能中的关键作用。我们将讨论各种界面层材料（如电子传输层、空穴传输层、缓冲层）的设计与选择，以及如何通过控制界面特性来降低激子复合、提高载流子抽取效率，并增强器件的稳定性。例如，如何选择合适的界面修饰剂来钝化材料缺陷、如何优化电荷传输层的导电性和能级匹配，以及如何构建稳定的电极界面。 同时，本书还将探讨不同材料体系的器件设计策略，包括薄膜厚度优化、光栅结构设计、背反射器设计以及串并联集成等。我们将分析不同材料在器件集成时可能遇到的挑战，例如材料的兼容性、工艺流程的衔接、以及大规模生产的可行性。 最后，本章将强调理论计算和模拟在材料设计和器件优化中的重要作用。通过第一性原理计算、分子动力学模拟等方法，可以预测材料的性质、理解其工作机理、并指导实验研究的方向，从而加速新材料和新器件的开发进程。 第七章：可持续性、经济性与未来展望 本章将聚焦于新一代光伏材料在可持续性、经济性以及未来发展趋势方面的考量。我们将深入分析当前新兴光伏材料的生命周期评估，重点关注原材料的可获取性、生产过程中的能源消耗和环境影响、以及器件报废后的回收和再利用问题。例如，我们将讨论如何寻找和开发不含稀有元素或有毒元素的替代材料，以及如何发展更清洁、更环保的制备工艺。 在经济性方面，本章将探讨新材料技术如何通过降低生产成本、提高能量转换效率来最终实现更低的度电成本（LCOE）。我们将分析不同技术路线在成本效益上的优劣势，并展望未来哪些材料体系最有潜力实现大规模商业化应用。 本书的最后，我们将对未来光伏材料的发展方向进行预测。这包括： 多功能集成光伏： 探索将光伏功能与建筑材料、透明显示、能量存储等其他功能集成的可能性。 自修复和长寿命光伏： 研发能够自主修复损伤、具有超长使用寿命的光伏材料，以降低维护成本和环境负担。 智能光伏： 结合物联网和人工智能技术，开发能够自主监测、预测和优化发电性能的智能光伏系统。 空间太阳能： 探讨适用于太空环境的高效率、轻质、耐辐射光伏材料的应用前景。 《先进光伏材料：超越硅的边界》旨在成为一本深入、前瞻且具有实践指导意义的参考书，为推动太阳能光伏技术的持续创新和可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

《硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用》这个书名，让我立刻联想到了那些在实验室里闪耀着奇思妙想的创新成果。我对新材料的崛起，特别是那些能够解决现实世界重大挑战的新材料，有着强烈的求知欲。我预想这本书会深入探讨硅基纳米结构材料的设计理念和制备策略。我会期待书中详细介绍诸如“纳米线阵列”这样具有方向性和秩序的结构，是如何通过精确控制生长方向来优化载流子提取；或者“多孔硅”这种具有庞大比表面积的材料，是如何通过增加光吸收或改善界面接触来提升器件性能。我也希望书中能够详细阐述这些纳米结构在太阳电池工作机理中的具体作用，比如如何通过等离激元效应增强光吸收，或者如何通过能带工程来优化电荷分离效率。对于实际应用，我也会关注书中是否会讨论这些纳米材料的规模化制备技术，以及在成本、稳定性和环境友好性方面的考量。如果书中能够提供一些成功的器件实例，并分析其优缺点，那我将感到非常满意。

评分☆☆☆☆☆

这本《硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用》的书名，让我对未来绿色能源的发展充满了无限的遐想。我虽然不是技术专家，但一直关注着科技前沿动态，特别是那些能够为我们生活带来积极改变的技术。我设想这本书会以一种相对易懂的方式，向读者介绍硅基纳米结构这种神奇的材料。它可能会从最基础的原理讲起，比如为什么把硅做成纳米尺寸会有独特的性质，然后逐步深入到各种具体的纳米结构，比如那些像微小天线一样的纳米线，或者像微小发光体的量子点。我特别希望书中能有生动的插图或图示，来帮助我理解这些微观世界的奇妙之处。而当这些纳米结构与太阳电池结合时，会发生怎样的“化学反应”呢？我期待书中能详细解释，这些纳米结构如何能够更有效地捕捉阳光，并将这些能量转化为电能，从而让我们的太阳能电池变得更强大、更高效。如果书中还能提及一些科学家们为了实现这一目标所付出的努力和取得的突破，那将更富有启发性。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用》这个书名时，我的第一反应是，这本书的内容一定非常专业且前沿。我本身就是从事相关领域研究的研究者，一直关注着硅基材料的最新发展动态。我知道，纳米技术的出现，为传统硅太阳能电池的性能提升带来了革命性的机遇。我期待这本书能够深入剖析不同类型的硅基纳米结构，例如纳米线、纳米颗粒、纳米片、量子线、量子点以及多孔硅等，详细介绍它们的物理化学性质，以及这些性质是如何影响其在光伏器件中的性能的。我尤其关注的是，书中是否会详细介绍这些纳米材料的制备方法，包括各种化学和物理方法，以及如何通过控制制备工艺来调控材料的性能。另外，我也希望书中能够涵盖纳米结构在提升太阳能电池效率方面的具体机理，例如表面钝化、光捕获增强、载流子提取优化等。如果书中还能讨论到硅基纳米结构在不同类型太阳能电池中的应用，比如晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、甚至是钙钛矿/硅叠层太阳能电池，那么这本书的价值将非常高。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名确实很吸引人，尤其是“硅基纳米结构材料”和“太阳电池器件”这两个词，让人立刻联想到前沿的科技发展方向。我一直对新能源技术，特别是太阳能利用有着浓厚的兴趣，所以当我在书架上看到这本书时，几乎是毫不犹豫地拿了下来。我预想中，这本书应该会深入浅出地介绍各种新颖的硅基纳米材料，比如量子点、纳米线、多孔硅等等，并且详细阐述它们是如何被设计、制备以及在提升太阳能电池效率方面发挥作用的。我尤其期待能够了解到不同纳米结构在吸收光谱、载流子传输、界面工程等方面的独特性质，以及它们如何克服传统硅太阳能电池的瓶颈。当然，书中如果能包含一些最新的研究进展，甚至是尚未大规模产业化的前沿技术，那就更令人兴奋了。我还在想，它会不会涉及到纳米结构的稳定性、成本效益以及与现有太阳能电池制造工艺的兼容性等实际应用问题。毕竟，再好的材料，如果不能经济高效地生产和集成，也难以真正实现商业化。总而言之，我抱着极大的期望，希望这本书能为我打开一扇了解未来太阳能技术新机遇的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本《硅基纳米结构材料及其在太阳电池器件中的应用》的书名，我第一眼看到时，脑海里就浮现出无数关于未来能源场景的画面。我一直对能够改变世界的创新技术充满好奇，而太阳能无疑是其中最重要的一环。这本书的标题触及到了材料科学和可再生能源交叉的精髓，让我不禁想象书中会详细讲解如何通过操纵硅的纳米尺度特性，来达到前所未有的光电转换效率。我想象中的内容，会包括各种先进的纳米制备技术，比如化学气相沉积、模板法、自组装等等，并且会详细介绍这些技术如何精确控制纳米结构的形貌、尺寸和排列。我也特别想知道，书中是否会深入探讨这些纳米结构如何影响光子的吸收和激子的产生，以及如何优化载流子的分离和传输，从而减少能量损失。我对书中可能出现的那些“魔术般”的纳米材料设计充满期待，例如能够捕获更宽光谱范围光线的超晶格结构，或者能够增强光散射从而提高吸收效率的微纳结构阵列。如果书中还能提供一些具体的器件设计方案和性能测试数据，那就太棒了，这会让我对这些纳米材料在实际应用中的潜力有更直观的认识。