本书全面介绍了太阳能的基础知识及其最新技术应用，阐述了太阳能利用的科学原理与技术细节，涵盖了该领域的基础科学知识、研究策略及前沿探索成果。本书共8章，内容涵盖了可再生能源定义与发展历程、光伏材料与器件、光电转换材料与过程、光催化原理与技术、光催化应用场景等。深入探讨了太阳能光电转换和光催化转化的基本原理，包括各种类型的太阳能电池及其应用和光催化材料及其原理。通过前沿实例分析，深入解析太阳能转换技术在实际应用中的潜力和挑战。
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丛书序
前言
第1章 可再生能源及太阳能概论 1
1.1 可再生能源的概述 1
1.1.1 能源的定义及分类 1
1.1.2 可再生能源的定义 3
1.1.3 可再生能源的主要类型 3
1.2 太阳能的来源及利用 5
1.2.1 太阳的结构和核聚变过程 5
1.2.2 太阳辐射到达地球的机制 6
1.2.3 太阳能利用的基本原理 8
1.3 我国太阳能资源分布 9
1.3.1 太阳能资源数据的获取 9
1.3.2 我国不同地区太阳能资源潜力 10
参考文献 11
第2章 太阳能光电转换原理及技术 13
2.1 半导体材料简介及光伏效应 13
2.1.1 半导体材料基础 13
2.1.2 光伏效应 16
2.1.3 太阳能电池的分类 17
2.2 第一代太阳能电池原理与技术 18
2.2.1 第一代太阳能电池的发展历史 18
2.2.2 晶硅太阳能电池的结构与设计 20
2.3 第二代太阳能电池原理与技术 22
2.3.1 非晶硅太阳能电池 22
2.3.2 碲化镉太阳能电池 23
2.3.3 砷化镓太阳能电池 23
2.3.4 铜铟镓硒太阳能电池 25
2.4 第三代太阳能电池原理与技术 25
2.4.1 染料敏化太阳能电池 26
2.4.2 有机太阳能电池 26
2.4.3 钙钛矿太阳能电池 27
2.4.4 量子点太阳能电池 28
参考文献 29
第3章 太阳能电池特性 31
3.1 太阳能电池发电原理 31
3.1.1 光电转换过程及原理 31
3.1.2 太阳能电池等效电路 31
3.2 太阳能电池伏安特性曲线 33
3.2.1 I -V 测试曲线 33
3.2.2 短路电流 34
3.2.3 开路电压 35
3.2.4 串联电阻 36
3.2.5 并联电阻 36
3.2.6 最大功率点 37
3.2.7 填充因子 38
3.2.8 光电转换效率 40
3.3 太阳能电池的光谱响应原理及表征 42
3.3.1 光谱响应 42
3.3.2 量子效率 44
3.3.3 外量子效率积分短路电流密度 47
3.3.4 量子效率光谱测试 47
参考文献 49
第4章 太阳能光电转换新技术 50
4.1 太阳能电池材料 50
4.1.1 太阳能电池材料简介 50
4.1.2 钙钛矿材料 51
4.1.3 量子点材料 55
4.2 太阳能电池的新结构 57
4.2.1 隧穿氧化层钝化接触太阳能电池 57
4.2.2 异质结电池 61
4.2.3 背接触电池 64
4.2.4 叠层电池 66
4.3 太阳能电池新理论 68
4.3.1 热载流子太阳能电池 68
4.3.2 聚光太阳能电池 69
4.3.3 热光伏太阳能电池 71
参考文献 71
第5章 太阳能光催化转化原理及技术 73
5.1 太阳能光催化基础 73
5.1.1 植物的光合作用 73
5.1.2 光催化发现历史 74
5.1.3 光催化的基本原理 74
5.2 光催化技术面临的主要问题与解决方案 75
5.2.1 拓宽光谱吸收范围 76
5.2.2 促进光生电荷的分离和迁移 79
5.2.3 促进表面氧化还原反应 84
5.3 光催化反应动力学表征技术 85
5.3.1 瞬态吸收光谱 86
5.3.2 时间分辨荧光光谱 86
5.3.3 空间分辨表面光电压光谱和开尔文探针力显微镜 87
5.3.4 单粒子荧光光谱 88
5.4 光催化反应器 89
5.4.1 悬浮式光催化反应器 90
5.4.2 填充床式光催化反应器 90
5.4.3 膜式光催化反应器 91
参考文献 92
第6章 太阳能光催化转化材料及表征 94
6.1 无机光催化材料 94
6.1.1 氧化物光催化材料 94
6.1.2 硫化物光催化材料 98
6.2 有机光催化材料 104
6.2.1 石墨相氮化碳 104
6.2.2 石墨相氮化碳制备方法 105
6.2.3 金属有机骨架材料 106
6.2.4 有机超分子材料 108
参考文献 109
第7章 太阳能催化转化应用 111
7.1 太阳能制氢技术与原理 111
7.1.1 制氢过程与原理 111
7.1.2 光催化分解水制氢核心步骤 112
7.2 太阳能光催化CO2 还原制备低碳化学品 113
7.2.1 产率和选择性 115
7.2.2 CO2转化率、转化数和转化频率 116
7.2.3 表观效率和太阳能到化学能转换效率 116
7.3 太阳能光催化含氮化合物转化制备高附加值产品 118
7.3.1 光催化氮气还原 118
7.3.2 光催化氮气氧化 120
7.3.3 光催化固氮技术评价指标 123
7.3.4 含氮产物测定方法 124
7.4 光催化技术在其他方面的应用 125
7.4.1 污染物降解 125
7.4.2 微生物杀菌净化 126
7.4.3 有机合成 126
参考文献 127
第8章 太阳能催化转化新技术 129
8.1 光电催化技术 129
8.1.1 光电催化技术概述 129
8.1.2 光电催化体系的基本结构和分类 129
8.1.3 光电催化体系的工作原理 130
8.1.4 电极-电解液界面 132
8.1.5 光电催化体系的主要性能参数 134
8.1.6 半导体光阳极材料的选择标准 135
8.1.7 提升光电极转换效率的方法 137
8.2 光热催化技术 140
8.2.1 光热催化技术概述 140
8.2.2 光热转换机制 141
8.2.3 光热催化反应分类 143
8.2.4 光热催化材料的设计策略 144
8.3 其他外场增强的光(电)催化新技术 145
8.3.1 磁场增强的光(电)催化技术 145
8.3.2 压电效应增强的光(电)催化技术 145
8.3.3 热释电效应增强的光(电)催化技术 146
8.3.4 铁电效应增强的光(电)催化技术 146
参考文献 148
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