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《有机太阳能电池材料与器件》从太阳能电池的发展历程、物理基础、给体材料和受体材料、器件结构与器件性能等方面对这种新型的光伏器件做了较全面的论述。重点梳理了作者及国内外同行在太阳能电池光学调控、激子分离、电荷输运与收集方面的研究成果，涵盖了太阳能电池的光学工程、有效层工程、界面工程、电极工程、叠层结构和电池稳定性等内容。系统阐述了获得高效稳定太阳能电池的思路和方法，并对太阳能电池的发展进行了综述和展望。

丛书序 i

序言 iii

前言 v

第1章 绪论 001

1.1 能源消耗与太阳能 001

1.2 光子与太阳光谱 003

1.2.1 黑体辐射 003

1.2.2 太阳光谱:大气质量 004

1.3 光伏效应及其应用 006

1.4 太阳能电池的优势 008

1.5 太阳能电池的发展历史 009

1.6 太阳能电池面临的问题 011

第2章 太阳能电池基础 014

2.1 半导体的基本特性 014

2.2 太阳能电池中的光电转换机理 016

2.2.1 光子的吸收 017

2.2.2 激子的产生 018

2.2.3 激子的扩散 018

2.2.4 激子的分离 019

2.2.5 电荷的传输 022

2.2.6 电极的收集 023

2.3 太阳能电池的基本结构 023

2.3.1 单层太阳能电池 024

2.3.2 双层异质结型太阳能电池 024

2.3.3 体异质结型太阳能电池 026

2.3.4 太阳能电池的常规结构及反型结构 027

2.4 太阳能电池的制造工艺 028

第3章 太阳能电池电学参数 036

3.1 太阳能电池的宏观电学参数 036

3.1.1 光电流与量子效率 036

3.1.2 开路电压 038

3.1.3 光电转换效率 039

3.2 太阳能电池电学参数的提取 040

3.2.1 参数提取原理 041

3.2.2 参数提取方法结果及讨论 044

3.2.3 结论 050

3.3 太阳能电池中开路电压及电极对其影响 052

3.3.1 引言 052

3.3.2 实验及结果讨论 053

3.3.3 结论 061

第4章 太阳能电池给体材料 064

4.1 太阳能电池给体材料的要求 064

4.2 聚噻吩材料体系 065

4.2.1 聚噻吩材料的光学和电学特性 066

4.2.2 基于聚噻吩材料的太阳能电池性能 067

4.3 含芴的聚合物材料体系 070

4.3.1 基于芴的材料特点及种类 070

4.3.2 含芴的窄带隙材料及其太阳能电池性能 071

4.4 新型结构窄带隙聚合物给体材料 074

4.5 新型小分子给体材料 080

第5章 太阳能电池受体材料 088

5.1 太阳能电池对受体材料的要求 088

5.2 富勒烯基受体材料体系 089

5.2.1 富勒烯基受体材料体系的电学特性 091

5.2.2 富勒烯基受体材料体系的光学特性 092

5.2.3 富勒烯基受体材料的太阳能电池性能 092

5.3 无机受体材料 096

5.3.1 石墨烯 096

5.3.2 CdSe受体材料 097

5.3.3 ZnO受体材料 098

5.4 非富勒烯基受体材料 098

第6章 太阳能电池光学工程 110

6.1 光学干涉及载流子寿命对太阳能电池性能的影响 110

6.1.1 基本原理 111

6.1.2 结果及讨论 116

6.1.3 结论 120

6.2 常规和反型太阳能电池光学和电学性能比较 120

6.2.1 引言 120

6.2.2 方法 121

6.2.3 结果及讨论 122

6.2.4 结论 130

6.3 叠层太阳能电池电流匹配的影响 130

6.3.1 引言 130

6.3.2 方法 131

6.3.3 结果及讨论 132

6.3.4 结论 139

第7章 太阳能电池有效层工程 143

7.1 有效层形貌对器件性能的影响 143

7.1.1 引言 143

7.1.2 实验及结果讨论 144

7.1.3 结论 147

7.2 太阳能电池有效层厚度优化及退火对性能的影响 147

7.2.1 引言 147

7.2.2 实验及结果讨论 148

7.2.3 结论 152

7.3 退火过程中阴极作用对太阳能电池性能的影响 152

7.3.1 引言 152

7.3.2 实验及结果讨论 153

7.3.3 结论 161

7.4 基于窄带隙聚合物的高效太阳能电池 161

7.4.1 引言 161

7.4.2 实验及结果讨论 162

7.4.3 结论 175

7.5 有效层内的电荷传输 176

第8章 太阳能电池界面工程 183

8.1 金纳米颗粒太阳能电池阳极界面层 183

8.1.1 实验 184

8.1.2 结果及讨论 184

8.1.3 结论 187

8.2 典型的ZnO太阳能电池阴极界面层 187

8.2.1 溶胶凝胶法制备的ZnO阴极界面层 188

8.2.2 水溶液法制备的ZnO阴极界面层 194

8.3 太阳能电池阴极复合界面层 204

8.3.1 引言 204

8.3.2 实验及结果讨论 205

8.3.3 结论 215

8.4 通过界面工程提高太阳能电池的开路电压 215

8.5 太阳能电池界面工程材料及发展 219

第9章 太阳能电池电极工程 225

9.1 金属氧化物透明电极 225

9.1.1 引言 225

9.1.2 材料及结果讨论 226

9.2 基于金属材料的透明电极 238

9.2.1 引言 238

9.2.2 实验及结果讨论 239

9.2.3 结论 249

9.3 碳纳米管及石墨烯透明电极 250

9.3.1 引言 250

9.3.2 碳纳米管及石墨烯材料 251

9.3.3 碳纳米管及石墨烯太阳能电池器件 253

9.3.4 展望 257

第10章 叠层太阳能电池 259

10.1 叠层太阳能电池原理 259

10.2 简单并联叠层太阳能电池 262

10.3 叠层太阳能电池结构介绍 269

10.4 叠层结构中的中间连接层工程 272

第11章 太阳能电池稳定性 277

11.1 太阳能电池稳定性的影响因素 277

11.1.1 亚稳态形态和电极扩散 278

11.1.2 氧气和水影响 279

11.1.3 光照影响 280

11.1.4 温度因素 281

11.1.5 机械应力因素 282

11.2 太阳能电池提高稳定性的途径 283

11.2.1 有效层材料组分设计 283

11.2.2 有效层器件的界面工程 285

11.2.3 采用反型结构 286

11.2.4 缓冲层的优化 286

11.2.5 稳定的金属电极 288

11.2.6 封装 289

11.3 太阳能电池稳定性测试 290

11.4 太阳能电池稳定性的发展 293

第12章 太阳能电池发展与展望 311

12.1 太阳能电池发展的强大经济动力与近期新进展 299

12.2 目前太阳能电池性能提高的主要因素 302

12.2.1 从光能到电能的转换效率低 302

12.2.2 材料对太阳能电池性能的影响 302

12.3 克服太阳能电池性能提高因素的途径 304

12.3.1 通过功能分子的化学修饰和物理掺杂提高太阳能电池效率 304

12.3.2 通过改进太阳能电池有效层材料延长寿命 305

12.3.3 通过封装来提高太阳能电池寿命 307

12.4 太阳能电池发展的趋势及预期 308

索引 311

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