太阳能电池的材料理念

太阳能是一种清洁有效可实用化的能源。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把太阳能转化成电能的装置，主要以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应而产生能量。

太阳能电池目前取得的成功都与材料科学的发展有关，其质量标准来自于各种太阳能电池的基本原理。太阳能电池的材料理念基于：1.大尺寸晶体材料的生长（晶圆技术）；2.衬底晶片上外延层的生长（外延技术）；3.吸收层在异质衬底上的沉积（薄膜光伏电池）；4.不同材料在纳米尺度内的融合（纳米复合太阳能电池）。除此之外，还要考虑这些材料界面之间的电荷分离、电接触以及钝化处理等问题。

本书分为2个部分10章。第1部分 太阳能电池的基本要素与其对材料的要求，包含第1-6章：1.太阳能电池的基本特性与表征。包括太阳能辐射与太阳能电池的两个基本功能、太阳能电池的基本特性、理想的太阳能电池、实际应用的太阳能电池：串联与并联电阻、太阳能电池的表征等；2.光电流的产生与光电压的来源。包括光伏吸收物质的能带、光的反射与传输带来的光电流限制、理想半导体中的自由带电体等内容；3.最短寿命中再化合的影响。包括最短寿命、辐射复合、俄歇复合、肖克利-里德-霍尔复合、表面复合等内容；4.PN结的电荷分离。包括理想电荷选择接触的概念、热平衡状态下的理想半无限PN结、光生电荷载流子的聚集、PN结的二极管饱和电流密度等内容；5.太阳能电池的欧姆接触。包括理想状态下的欧姆接触、欧姆金属-半导体接触等内容；6.太阳能电池的最大转换效率。包括理想单结太阳能电池的二极管方程式、理想单结太阳能电池的最大效率、多结太阳能电池等内容。

第2部分 材料特定理念，包含第7-10章：7.基于晶体硅的太阳能电池。包括其原理与电阻损耗、同质掺杂硅单晶、发射器的组成、表面的钝化与构建等内容；8.基于Ⅲ-Ⅴ半导体的太阳能电池。包括Ⅲ-Ⅴ半导体族的介绍、Ⅲ-Ⅴ半导体异质结、Ⅲ-Ⅴ半导体的外延生长及其单结与多结太阳能电池等内容；9.薄膜太阳能电池。包括理念、透明导电氧化物、非晶与微晶硅太阳能电池、黄铜矿与硫铜锡锌矿太阳能电池、CdTe太阳能电池等内容；10.纳米复合太阳能电池。包括概念、量子点纳米复合太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、光浓度等内容。

书后附有各章节习题的解答，适合对太阳能电池感兴趣的工程、材料科学或自然科学等学科的研究生阅读。

王小珊，博士生

（中国科学院理化技术研究所）