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第1章 单晶硅太阳能电池1

1.1 概述1

1.2 单晶硅太阳能电池的工作原理2

1.2.1 单晶硅太阳能电池的工作过程2

1.2.2 单晶硅太阳能电池的工作原理3

1.2.3 单晶硅太阳能电池等效电路分析4

1.2.4 单晶硅太阳能电池的性能参数5

1.3 单晶硅太阳能电池的制备工艺6

1.3.1 单晶硅棒的生长6

1.3.2 硅片加工8

1.3.3 单晶硅太阳能电池的制备9

1.4 高效单晶硅太阳能电池的类型11

1.4.1 PERC电池11

1.4.2 PERT电池12

1.4.3 HJT电池13

1.4.4 IBC电池14

1.4.5 TOPCon电池15

1.5 单晶硅太阳能电池的发展现状及展望16

思考题17

第2章 多晶硅太阳能电池19

2.1 概述19

2.2 多晶硅原料的生产方法19

2.2.1 Siemens方法19

2.2.2 ASiMi方法25

2.2.3 流化床法制备粒状多晶硅原料27

2.2.4 太阳能级多晶硅的制造技术29

2.3 多晶硅锭的铸造方法30

2.3.1 浇铸法31

2.3.2 布里基曼法32

2.3.3 电磁铸造法33

2.4 多晶硅片的制备34

2.4.1 多晶硅片的加工成型34

2.4.2 多晶硅片的质量控制36

2.5 薄板多晶硅片的制备方法37

2.5.1 EFG法38

2.5.2 WEB法39

2.5.3 STR法40

2.5.4 RGS法40

2.5.5 硅薄板的质量特性41

2.6 多晶硅太阳能电池的发展现状及展望41

2.6.1 多晶硅原料生产工艺的发展及展望41

2.6.2 铸锭技术的发展现状及方向43

2.6.3 切片技术45

思考题45

第3章 薄膜太阳能电池48

3.1 概述48

3.2 CdTe薄膜太阳能电池48

3.2.1 CdTe薄膜的基本物理特性49

3.2.2 CdTe薄膜太阳能电池的结构49

3.2.3 CdTe薄膜太阳能电池的制备技术50

3.2.4 CdTe薄膜太阳能电池的发展及应用现状52

3.3 GaAs薄膜太阳能电池52

3.3.1 GaAs薄膜的基本物理特性52

3.3.2 GaAs薄膜太阳能电池的结构53

3.3.3 GaAs薄膜太阳能电池的制备技术53

3.3.4 GaAs薄膜太阳能电池的发展及应用现状54

3.4 CIGS薄膜太阳能电池55

3.4.1 CIGS薄膜的基本物理特性55

3.4.2 CIGS薄膜太阳能电池的结构56

3.4.3 CIGS薄膜太阳能电池的制备技术56

3.4.4 CIGS薄膜太阳能电池的发展现状57

3.5 CZTS薄膜太阳能电池58

3.5.1 CZTS薄膜的基本物理特性58

3.5.2 CZTS薄膜太阳能电池的结构59

3.5.3 CZTS薄膜太阳能电池的制备技术59

3.5.4 CZTS薄膜太阳能电池的发展现状62

3.6 InP薄膜太阳能电池62

3.7 多晶硅薄膜太阳能电池64

3.8 非晶硅薄膜太阳能电池65

思考题67

第4章 有机太阳能电池69

4.1 有机半导体基础知识69

4.1.1 有机材料的能级结构69

4.1.2 有机材料的光物理过程72

4.1.3 激子传输与动力学过程73

4.1.4 有机材料中载流子的传输75

4.2 有机太阳能电池活性材料76

4.2.1 OSCs给体材料76

4.2.2 OSCs受体材料78

4.3 有机太阳能电池的工作原理及基本结构81

4.3.1 OSCs的工作过程81

4.3.2 OSCs的基本结构82

4.3.3 OSCs的伏安特性84

4.4 有机太阳能电池新结构设计86

4.4.1 倒置OSCs86

4.4.2 叠层OSCs86

4.4.3 半透明OSCs88

4.4.4 基于光操控结构的OSCs88

4.4.5 三元共混体系OSCs91

4.5 有机太阳能电池的制备方法91

4.6 有机太阳能电池的发展现状及展望92

思考题93

第5章 染料敏化太阳能电池98

5.1 DSSC的发展历史98

5.2 DSSC的基本结构99

5.3 DSSC的工作原理99

5.4 DSSC的表征技术100

5.4.1 光电性能表征101

5.4.2 电化学性能表征103

5.4.3 光电化学性能表征107

5.5 DSSC光阳极107

5.5.1 纳米晶氧化物光阳极108

5.5.2 纳米结构光阳极110

5.5.3 复合结构光阳极110

5.6 DSSC对电极110

5.6.1 金属和合金113

5.6.2 碳材料113

5.6.3 过渡金属化合物113

5.6.4 导电聚合物114

5.6.5 复合材料114

5.7 DSSC电解液114

5.7.1 碘体系电解液114

5.7.2 非碘体系电解液115

5.7.3 离子液体电解液115

5.8 DSSC染料115

5.8.1 金属配合物染料116

5.8.2 有机染料116

5.9 其他类型DSSC117

5.9.1 准固态DSSC117

5.9.2 全固态DSSC117

5.9.3 叠层结构DSSC117

5.9.4 柔性DSSC117

5.9.5 单基板DSSC117

5.10 DSSC的产业化118

5.10.1 室内光伏118

5.10.2 集成供电系统118

5.10.3 光伏建筑一体化118

思考题119

第6章 钙钛矿太阳能电池125

6.1 钙钛矿太阳能电池的工作原理和基本结构125

6.1.1 钙钛矿材料125

6.1.2 钙钛矿太阳能电池的工作原理126

6.1.3 钙钛矿太阳能电池的基本结构128

6.2 钙钛矿薄膜的制备方法131

6.2.1 双源气相法131

6.2.2 两步反应法131

6.2.3 一步溶液法134

6.3 钙钛矿太阳能电池的其他功能层136

6.3.1 电荷选择性吸收层136

6.3.2 汇流传输层139

6.4 钙钛矿太阳能电池的稳定性及封装技术140

6.4.1 钙钛矿太阳能电池的稳定性140

6.4.2 钙钛矿太阳能电池的封装技术141

思考题141

第7章 量子点太阳能电池146

7.1 概述146

7.2 量子点基础知识146

7.2.1 量子点的量子效应146

7.2.2 量子点的性能特点148

7.2.3 量子点材料149

7.2.4 量子点的制备方法151

7.3 量子点太阳能电池的基本类型及研究进展152

7.3.1 肖特基结太阳能电池154

7.3.2 耗尽型异质结太阳能电池155

7.3.3 极薄吸收层型太阳能电池156

7.3.4 无机-有机杂化型太阳能电池156

7.3.5 体异质结有机聚合物太阳能电池157

7.3.6 量子点敏化太阳能电池158

7.4 量子点太阳能电池性能优化161

7.4.1 体异质结结构161

7.4.2 电极接触161

7.4.3 表面钝化162

7.4.4 量子点太阳能电池的稳定性162

7.5 量子点太阳能电池的制备方法163

7.5.1 化学浴沉积163

7.5.2 连续离子层吸附反应法163

7.5.3 具有分子链接的单分散量子点164

7.5.4 直接吸附164

7.6 量子点太阳能电池的展望164

思考题164

第8章 质子交换膜燃料电池167

8.1 质子交换膜燃料电池概述及应用167

8.1.1 PEMFC结构167

8.1.2 PEMFC的工作原理及特性168

8.1.3 PEMFC的应用及发展171

8.2 质子交换膜燃料电池的电解质材料173

8.2.1 全氟磺酸质子交换膜173

8.2.2 非氟化质子交换膜174

8.2.3 质子交换膜的性能及影响因素175

8.3 质子交换膜燃料电池的电极材料176

8.3.1 电催化剂176

8.3.2 扩散层178

8.3.3 电极的制备与表征178

8.4 质子交换膜燃料电池的双极板与流场181

8.4.1 金属双极板181

8.4.2 石墨双极板182

8.4.3 流场结构183

8.5 质子交换膜燃料电池技术185

8.5.1 PEMFC水管理185

8.5.2 PEMFC热管理186

思考题187

第9章 固体氧化物燃料电池194

9.1 概述194

9.1.1 工作原理194

9.1.2 发展简史195

9.1.3 特点与用途196

9.2 固体氧化物燃料电池的电解质材料197

9.2.1 氧离子导体197

9.2.2 质子导体199

9.2.3 复合电解质200

9.3 固体氧化物燃料电池的电极材料201

9.3.1 阳极材料201

9.3.2 阴极材料203

思考题206

第10章 半导体-离子导体燃料电池213

10.1 概述213

10.1.1 发展历史213

10.1.2 工作原理216

10.2 半导体-离子导体燃料电池的关键材料219

10.2.1 半导体-离子导体复合材料219

10.2.2 电极材料220

10.3 影响半导体-离子导体燃料电池性能和寿命的主要因素222

10.3.1 温度的影响222

10.3.2 压力的影响223

10.3.3 电池制备工艺的影响223

10.4 半导体-离子导体燃料电池的展望224

思考题224

第11章 其他类型燃料电池230

11.1 熔融碳酸盐燃料电池230

11.1.1 概述230

11.1.2 原理和结构230

11.1.3 阳极材料231

11.1.4 阴极材料232

11.1.5 电池隔膜233

11.1.6 熔融碳酸盐燃料电池导电双极板236

11.2 碱性燃料电池237

11.2.1 概述237

11.2.2 原理和结构237

11.2.3 阳极催化剂238

11.2.4 碱性燃料电池阴极催化剂239

11.3 磷酸燃料电池240

11.3.1 概述240

11.3.2 原理和结构240

11.3.3 阳极催化剂241

11.3.4 阴极催化剂241

11.4 直接甲醇燃料电池242

11.4.1 概述242

11.4.2 原理和结构242

11.4.3 阳极材料243

11.4.4 阴极材料244

11.4.5 聚合物膜材料245

11.5 其他类型燃料电池的发展现状及展望245

11.5.1 熔融碳酸盐燃料电池245

11.5.2 碱性燃料电池246

11.5.3 磷酸燃料电池247

11.5.4 直接甲醇燃料电池248

思考题249

第12章 镍／金属氢化物电池252

12.1 Ni/MH电池简介252

12.1.1 工作原理252

12.1.2 结构类型254

12.1.3 化学体系254

12.2 氢氧化镍正极材料255

12.2.1 镍电极充放电机理255

12.2.2 氢氧化镍的结构及晶型之间的转化257

12.2.3 高密度球形β-Ni（OH）2的制备与改性259

12.3 金属氢化物负极材料261

12.3.1 贮氢合金的热力学基础261

12.3.2 MH电极反应与电极过程动力学262

12.3.3 贮氢合金电极材料264

12.3.4 贮氢合金的制备技术266

12.4 Ni/MH电池的制造工艺267

12.4.1 正、负极制造技术267

12.4.2 Ni/MH电池的装配与分容化成268

12.4.3 Ni/MH电池组269

12.5 Ni/MH电池的特性270

12.5.1 充电特性与充电方法270

12.5.2 放电特性271

12.5.3 温度特性272

12.5.4 循环寿命与自放电273

12.5.5 电绝缘273

12.6 Ni/MH电池的应用274

12.6.1 在电子消费类市场上的应用274

12.6.2 在混合电动汽车上的应用275

12.6.3 燃料电池的动力辅助276

12.6.4 其他276

12.7 Ni/MH电池的发展趋势276

12.7.1 降低成本277

12.7.2 高比能量设计277

12.7.3 超高功率设计277

思考题278

第13章 锂离子电池280

13.1 概述280

13.2 锂离子电池的工作原理、结构和性能280

13.2.1 工作原理280

13.2.2 结构281

13.2.3 性能283

13.3 锂离子电池正极材料284

13.3.1 磷酸铁锂（LiFePO4）285

13.3.2 钴酸锂287

13.3.3 锰酸锂287

13.3.4 三元材料289

13.4 锂离子电池负极材料290

13.4.1 碳材料291

13.4.2 硅292

13.4.3 锡293

13.4.4 金属氧化物294

13.4.5 其他材料294

13.5 锂离子电池的电解质295

13.5.1 液体电解质295

13.5.2 固体电解质296

13.6 锂离子电池的机遇与挑战298

思考题298

第14章 锂硫二次电池301

14.1 锂硫二次电池概述301

14.2 锂硫二次电池的基本原理和特点301

14.3 锂硫电池面临的问题302

14.4 锂硫二次电池的性能评价303

14.5 锂硫二次电池的硫正极304

14.5.1 硫正极的工作原理304

14.5.2 硫正极的容量损失及衰减机理304

14.5.3 硫正极的改性305

14.5.4 硫正极的胶黏剂307

14.5.5 硫正极的发展趋势308

14.6 金属锂负极308

14.6.1 锂负极与电解质界面309

14.6.2 锂负极面临的问题310

14.6.3 锂负极的改性311

14.6.4 锂负极的发展趋势312

14.7 锂硫二次电池的电解质312

14.7.1 概述312

14.7.2 有机液体电解质313

14.7.3 固态电解质314

14.7.4 离子液体和添加剂315

14.8 锂硫二次电池隔膜316

14.8.1 概述316

14.8.2 功能性隔膜316

14.8.3 锂硫二次电池隔膜的发展趋势317

14.9 新型锂硫二次电池317

14.9.1 全固态锂硫二次电池317

14.9.2 柔性锂硫二次电池317

14.10 锂硫二次电池的发展现状、挑战及未来318

思考题319

第15章 金属空气电池325

15.1 金属空气电池概述325

15.2 金属空气电池的基本原理325

15.3 锂空气电池326

15.3.1 化学原理327

15.3.2 电池组成及材料327

15.3.3 电池设计及性能331

15.4 锌空气电池334

15.4.1 化学原理334

15.4.2 电池结构与材料335

15.4.3 电池工作特性335

15.5 其他金属空气电池337

15.5.1 铝空气电池337

15.5.2 镁空气电池337

15.6 金属空气电池的发展现状及展望338

思考题339

第16章 碳基超级电容器342

16.1 超级电容器简介342

16.1.1 超级电容器概述342

16.1.2 超级电容器的组成342

16.1.3 超级电容器的分类344

16.1.4 超级电容器的性能指标346

16.1.5 超级电容器的应用348

16.2 碳基超级电容器电极材料349

16.2.1 碳纳米洋葱349

16.2.2 碳纳米管350

16.2.3 石墨烯350

16.2.4 活性炭351

16.3 碳基柔性超级电容器353

16.3.1 柔性超级电容器的结构类型354

16.3.2 柔性电极的制备方法357

16.3.3 石墨烯柔性超级电容器358

16.4 超级电容器的发展现状及展望360

思考题361

第17章 金属氧化物超级电容器368

17.1 氧化物超级电容器概述368

17.2 法拉第赝电容原理368

17.2.1 吸附赝电容369

17.2.2 氧化还原赝电容369

17.3 贵金属氧化物超级电容器电极材料371

17.3.1 钌基超级电容器电极材料371

17.3.2 其他贵金属基超级电容器电极材料374

17.4 贱金属氧化物超级电容器电极材料374

17.4.1 氧化锰超级电容器电极材料374

17.4.2 钴基超级电容器电极材料380

17.4.3 镍基超级电容器电极材料382

17.4.4 其他贱金属超级电容器384

17.5 柔性氧化物超级电容器电极材料384

17.6 不对称氧化物超级电容器电极材料387

17.7 氧化物超级电容器的发展现状及展望388

思考题389

第18章 导电聚合物超级电容器395

18.1 导电聚合物超级电容器概述395

18.2 导电聚合物的制备395

18.3 导电聚合物赝电容397

18.4 导电聚合物超级电容器的分类399

18.5 导电聚合物电极材料401

18.5.1 聚苯胺402

18.5.2 聚吡咯403

18.5.3 聚噻吩及其衍生物404

18.5.4 导电聚合物复合材料405

18.6 导电聚合物非对称超级电容器406

18.7 导电聚合物柔性超级电容器407

18.8 导电聚合物超级电容器的发展现状及展望410

思考题411