纳米光伏技术

目录

第1章光伏的物理基础、应用及技术介绍　　1

1．1光伏介绍　　　1

1．2太阳能电池市场　　　7

1．2．1居民和商业建筑屋顶　　　8

1．2．2建筑光伏一体化　　9

1．2．3地面集中式光伏发电系统　　10

1．2．4聚光光伏　　　10

1．2．5空间太阳能　　　11

1．2．6消费电子领域　　11

1．3光伏系统　　12

1．4太阳能电池技术　　13

1．4．1硅基电池　　13

1．4．2薄膜电池　　14

1．4．3第三代太阳能电池技术　　17

1．4．4纳米结构概念　　　19

1．5小结　　　21

参考文献　　　21

第2章纳米结构的光学性质　　28

2．1绪论　　　28

2．2背景　　　　29

2．2．1斯涅耳定律和光子动量　　29

2．2．2极化率、介电常数和折射率　　29

2．3朗伯散射　　32

2．4周期性光子结构　　33

2．5增透膜的纳米结构　　36

2．6单粒子的散射　　37

2．7吸收和光致发光　　38

2．8小结　　39

参考文献　　　39

第3章纳米级的光伏结构的物理机制　　42

3．1绪论　　42

3．1．1设备结构　　43

3．1．2有关材料的讨论　　48

3．2追求最佳量子结构：光学性质VS电子性质　　49

3．2．1量子限制的参数　　49

3．2．2超晶格特性：量子限制函数之一　　51

3．3中间能带（IB）吸收　　56

3．3．1工作原理　　56

3．3．2中间能带的能级位置　　58

3．3．3局部和非局部中间能带态密度(DOS）　　60

3．4热载流子吸收器和热载流子太阳能电池　　61

3．4．1热载流子冷却动力学　　61

3．4．2热载流子太阳能电池(HC-SC)的工作原理　　66

3．4．3热载流子吸收体材料　　68

3．4．4声子限制的超晶格（SL）方法　　70

3．4．5热载流子太阳能电池纳米点概念　　74

3．5触点　　75

3．5．1中间带（IB）太阳能电池的触点　　75

3．5．2串联电池互连　　76

3．5．3能量选择性触点与QS-SL触点　　　78

3．6小结　　　80

参考文献　　　82

第4章有机纳米太阳能电池　　87

4．1绪论　　87

4．2背景　　87

4．3有机太阳能电池的工作原理　　88

4．3．1光吸收和电荷生成　　88

4．3．2激子扩散和分离　　89

4．3．3电极上电荷载体的运输和收集　　89

4．4挑战　　89

4．4．1低光吸收率　　89

4．4．2生成有限光电流　　90

4．4．3低电荷转移率　　90

4．4．4其他挑战　　90

4．5器件结构　　90

4．5．1染料敏化太阳能电池　　90

4．5．2聚合物器件　　93

4．6聚合物器件的纳米材料　　99

4．6．1纳米材料类型　　99

4．6．2共轭聚合物　　100

4．7纳米结构　　104

4．8小结　　104

4．9前景　　105

参考文献　　105

第5章量子阱太阳能电池的最新进展　　114

5．1绪论　　114

5．2应力平衡太阳能电池和块材太阳能电池　　114

5．3电池电流大小决定光复合率的大小　　117

5．4光子循环下的暗电流的减少和VOC的提高　　119

5．5深阱应力平衡量子阱电池和串联的量子阱电池　　124

5．6小结　　127

参考文献　　127

第6章纳米线和纳米管太阳能电池　　130

6．1绪论　　130

6．2背景　　130

6．2．1纳米线和纳米管的合成　　130

6．2．2纳米线和纳米管的应用　　138

6．3目前的发展状况　　138

6．3．1纳米线太阳能电池　　138

6．3．2碳纳米管太阳能电池　　145

6．3．3纳米线和纳米管透明导电层　　146

6．4基本的科学和技术挑战　　146

6．5小结　　147

6．6展望　　147

参考文献　　148

第7章半导体纳米线：接触和电子性质　　155

7．1绪论　　155

7．2纳米线的具体接触电阻：测量和模型　　157

7．3金属纳米线接触中肖特基势垒的作用　　159

7．4纳米线掺杂：降低接触电阻　　164

7．5小结　　167

参考文献　　169

第8章量子点太阳能电池　　172

8．1绪论　　172

8．2量子点太阳能电池的类型　　174

8．2．1掺杂和中间能带太阳能电池　　175

8．2．2利用QD的光谱调谐　　179

8．2．3热载流子太阳能电池　　181

8．3量子点的生长　　182

8．3．1外延生长量子点　　183

8．3．2应变平衡　　187

8．4量子点太阳能电池的性能特征　　190

8．5小结　　196

参考文献　　197

第9章发光太阳能聚光器　　201

9．1绪论　　201

9．1．1层叠式LSC　　202

9．1．2反射镜和连接电池数量　　202

9．1．3薄膜LSC　　　　203

9．1．4其他几何形状　　　204

9．2发光物质　　204

9．2．1捕获光线　　　204

9．2．2掺杂纳米棒的LSC　　　205

9．2．3多种染料　　　206

9．2．4稀土材料　　　207

9．3模拟近似　　　207

9．3．1LSC的光线追踪模型　　208

9．3．2LSC的热力学模型　　　208

9．3．3直接和散射辐射　　　208

9．4损耗　　　210

9．4．1理想的QD-LSC和顶面逃逸锥损失　　　210

9．4．2分布布拉格反射器　　　211

9．4．3梳状过滤器　　　212

9．4．4胆甾醇涂层　　　212

9．4．5对齐的染料　　212

9．4．6主要损耗　　　212

9．5薄膜LSC的光线追踪模型　　　212

9．5．1样例　　　213

9．5．2实验测量　　　213

9．5．3光线跟踪仿真　　　214

9．6胆甾醇涂层的热力学模型　　　214

9．6．1测试涂层　　　214

9．7小结　　　216

参考文献　　　216

第10章太阳光谱转换的纳米颗粒　　　219

10．1绪论　　219

10．2背景　　219

10．2．1传统太阳能电池　　219

10．2．2下转换　　220

10．2．3下转移　　222

10．2．4上转换　　224

10．3状态的艺术　　226

10．3．1建模　　226

10．3．2实验性　　229

10．4讨论　　235

10．5小结　　237

10．6未来前景　　238

参考文献　　239

第11章纳米等离子体在光伏发电中的应用　　246

11．1绪论　　246

11．2等离子体场定位和前向散射效应　　246

11．2．1等离子体场定位和振幅加强　　246

11．3在薄膜波导结构中的纳米粒子散射效应　　256

11．3．1绝缘硅片设备结构的应用　　256

11．3．2量子阱太阳能电池器件结构的应用　　258

11．4小结　　262

参考文献　　262

后记　　纳米结构光伏设备的制作工艺　　265

本书主要介绍了纳米光伏技术的应用和最新进展，包括有机纳米、量子阱、纳米线和纳米管、发冷光聚光以及纳米粒和量子点太阳能电池等，系统地讨论了纳米材料的光学特性、物理特征等。同时也讨论了提高光伏性能的方法和纳米光伏的制作工艺等。全书共11章，每一章分别从发展现状、工作原理、分类、制作工艺、技术优势和挑战的等方面对现有的光伏纳米技术进行阐述。