随着人类文明的不断发展，对能源的需求与依赖越来越强烈，而如何获得高效、清洁和可持续的能源，是当前全社会都共同关注的问题。其中一个具有重要应用前景的方向是硅基太阳能光伏器件的研究，利用不断发展的半导体纳米结构材料，有可能使得硅基太阳能电池器件突破当前的效率瓶颈，对人类社会产生巨大影响。
本书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，在阐述硅基太阳能电池原理与制备过程的基础上，重点阐述了国内外利用硅基纳米结构在太阳能电池中应用的最新研究进展。本书主要包括太阳光谱与半导体太阳电池；太阳电池中的光学吸收增强；纳米硅量子点的可控制备与特性；化学合成方法制备硅量子点及相关光电材料；纳米硅量子点在太阳电池器件中的应用；硅纳米颗粒的冷等离子体法制备及其在太阳电池中的应用；一维Ⅳ族材料纳米结构的湿法制备；新型硅基径向结太阳电池原理与应用。
样章试读
目录
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丛书序
序言
前言
第1章太阳光谱与半导体太阳电池001
1.1太阳能电池的发展背景001
1.2半导体太阳电池的工作原理、基本物理过程和工艺简介003
1.2.1太阳能电池中的基本物理过程 003
1.2.2晶硅电池原料提纯和制备工艺 005
1.2.3单晶、多晶电池的制备工艺 006
1.2.4高效电池构架的基本区分009
1.3硅基薄膜太阳电池的发展概述及主流光伏技术011
1.3.1硅基薄膜光伏概述011
1.3.2薄膜电池制备工艺013
1.4硅基太阳电池发展的技术瓶颈和新技术方向015
1.4.1光伏技术的应用和推广需求015
1.4.2硅基电池的新型电池设计框架018
1.4.3新纳米结构引入的影响023
1.4.4多样化应用细分市场：柔性和透明电池技术026
参考文献028
第2章太阳电池中的光学吸收增强033
2.1传统吸收增强理论033
2.1.1统计力学原理034
2.1.2几何光学计算034
2.1.3吸收增强036
2.1.4传统吸收增强理论应用实例037
2.2微纳光学吸收增强理论038
2.2.1微纳光子结构039
2.2.2陷光效应中的表面等离激元现象040
2.2.3块体材料中的陷光效应041
2.2.4表面等离激元效应在光伏中的应用042
2.3结构设计与制造工艺046
2.3.1第一代晶体硅046
2.3.2薄膜太阳能电池工艺051
2.4微纳结构增强工艺054
2.4.1引言054
2.4.2纳米线与纳米锥制造工艺055
2.4.3光子控制：抗反射处理058
参考文献063
第3章纳米硅量子点的可控制备与特性066
3.1纳米硅量子点的基本性质066
3.1.1能带结构067
3.1.2光学性质070
3.1.3电学性质077
3.2纳米硅量子点的可控制备083
3.2.1纳米硅量子点制备方法概述084
3.2.2纳米硅量子点的限制性晶化原理与技术086
3.2.3纳米硅/二氧化硅多层结构的制备088
3.2.4纳米硅/非晶氮化硅和纳米硅/非晶碳化硅多层结构的制备090
参考文献093
第4章化学合成方法制备硅量子点及相关光电材料099
4.1化学合成量子点的历史与现状099
4.2硅量子点的化学合成技术101
4.2.1液相还原法102
4.2.2电化学法104
4.2.3硅烷热分解法105
4.2.4高温固相法108
4.2.5其他合成制备技术109
4.2.6硅量子点与硅纳米材料110
4.3硅量子点的表面修饰与物性111
4.3.1量子点表面修饰的目的111
4.3.2硅量子点的表面修饰方法112
4.3.3硅量子点的荧光特性113
4.3.4硅量子点表面的光电功能分子修饰121
4.3.5基于硅量子点的核壳结构量子点123
参考文献125
第5章纳米硅量子点在太阳电池器件中的应用136
5.1Shockley-Queisser极限136
5.2基于纳米硅量子点材料的宽光谱太阳电池研究137
5.2.1基于纳米硅量子点的叠层太阳电池137
5.2.2纳米硅量子点异质结结构电池139
5.2.3非硅衬底上的纳米硅量子点太阳电池147
5.3纳米硅量子点提高太阳电池效率的其他途径151
5.3.1多激子效应151
5.3.2下转换（转移）和上转换152
5.3.3热载流子155
参考文献157
第6章硅纳米颗粒的冷等离子体法制备及其在太阳电池中的应用161
6.1利用冷等离子体法制备硅纳米颗粒161
6.1.1冷等离子体的重要性质162
6.1.2硅纳米颗粒的晶态调控164
6.1.3硅纳米颗粒的尺寸调控165
6.1.4硅纳米颗粒的表面调控166
6.1.5硅纳米颗粒的掺杂167
6.1.6硅锗合金纳米颗粒168
6.2基于硅纳米颗粒的硅墨水169
6.2.1硅墨水的配置170
6.2.2在太阳电池表面打印硅墨水171
6.3基于硅纳米颗粒的硅浆料172
6.3.1硅浆料的配制172
6.3.2硅浆料的掺杂作用173
6.4基于硅纳米颗粒的太阳电池薄膜174
6.4.1硅纳米颗粒与高分子半导体材料的复合174
6.4.2硅纳米颗粒与低维碳材料的复合177
6.4.3硅纳米颗粒与TiO2纳米结构复合178
6.4.4硅纳米颗粒薄膜180
参考文献180
第7章一维Ⅳ族材料纳米结构的湿法制备184
7.1MACE法制备一维Ⅳ族半导体材料纳米结构的机理184
7.2MACE法制备Si一维纳米结构形貌控制185
7.2.1垂直一维Si纳米结构的制备186
7.2.2非垂直一维Si纳米结构的制备189
7.2.3非准直一维Si纳米结构的制备191
7.2.4多孔一维Si纳米结构的制备194
7.2.5其他制备Si一维纳米结构的MACE技术205
7.2.6MACE法制备一维Si基纳米异质结及相关复合结构206
7.2.7对一维Si纳米结构的再加工209
7.3MACE法制备的一维Si纳米结构的转移、收集和排列211
7.3.1无裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集212
7.3.2有裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集212
7.4一维纳米线的微纳结构与修饰在光伏器件中的应用215
参考文献219
第8章新型硅基径向结太阳电池原理与应用225
8.1硅基新型径向结太阳电池225
8.1.1径向结电池基本结构和发展背景 225
8.1.2基于纳米线阵列的径向结电池制备工艺226
8.1.3单根纳米线径向结电池制备和应用 229
8.2径向结太阳能电池原理233
8.2.13D构架的光学陷光特性233
8.2.2光学模式和腔体耦合吸收特性234
8.2.3径向结构中电学载流子输运特性237
8.3径向pn结硅纳米线电池结构的制备238
8.3.1pn结电池器件特性和性能现状238
8.3.2径向异质结电池的特性 239
8.3.3混合pn电池结构241
8.4径向pin结新型薄膜电池技术242
8.4.1径向结薄膜电池的结构设计和关键因素242
8.4.2基于VLS生长纳米线径向结电池的制备工艺243
8.4.3纳米线生长调控的独特优势245
参考文献249
索引253
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