纳米结构材料在太阳能转化中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:本书

出品人:

页数:660

译者:

出版时间:2007-5

价格:120.00元

装帧:

isbn号码:9787030189820

丛书系列:

图书标签:

• 纳米材料
• 太阳能
• 光伏
• 能源转化
• 纳米结构
• 材料科学
• 可再生能源
• 光电化学
• 半导体
• 催化

汇聚星辰之力：先进材料驱动的太阳能革命 太阳能，作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其开发利用一直是我们孜孜以求的科学与技术焦点。人类对太阳能的渴望，不仅仅是对能源危机的应对，更是对可持续发展、对地球生态的深切关怀。从最初的集热利用，到光伏发电的兴起，再到如今对效率、稳定性和经济性的极致追求，太阳能技术的演进史，也是一部人类智慧与材料科学的辉煌篇章。 本书并非聚焦于某一特定材料的微观构造，而是放眼于整个太阳能转化领域，深入探讨一系列前沿、创新性的材料科学进展如何重塑我们对太阳能的认知，并推动其规模化应用。我们将穿越材料科学的广阔图景，从宏观视角审视那些能够显著提升太阳能捕获、转换效率，并降低生产成本的关键材料体系。 一、 跨越材料界限：定义下一代太阳能电池的基石 传统硅基太阳能电池虽然取得了巨大的成功，但在理论效率极限、制造成本以及柔韧性等方面仍面临挑战。本书将重点关注那些能够突破现有瓶颈的“新星”材料。 钙钛矿（Perovskite）材料的崛起与挑战： 钙钛矿太阳能电池以其极高的光电转换效率、溶液法制备的低成本优势以及可调控的光谱响应，成为近年来太阳能领域最炙手可热的研究对象。我们将深入剖析钙钛矿的晶体结构、组成调控对其光电性能的影响，以及如何通过界面工程、掺杂、封装等技术手段，克服其在稳定性（耐湿、耐热、耐光照）和重金属铅的毒性问题，从而实现商业化落地。本书将聚焦于如何通过引入二维层、有机-无机杂化、无铅钙钛矿等策略，解锁钙钛矿更广阔的应用前景，例如在建筑集成光伏（BIPV）和柔性电子领域的潜力。 有机太阳能电池（OSC）的“绿色”革命： 有机半导体材料以其轻质、柔韧、可印刷的特性，为太阳能电池的应用场景提供了无限可能。本书将详细介绍不同类型的有机光伏材料（小分子、聚合物），它们的电子结构、能级匹配对能量转换效率的重要性，以及如何通过材料设计和形貌控制，优化电荷分离和传输过程。我们将探讨有机太阳能电池在低功耗电子产品、可穿戴设备、室内光能收集等领域的独特优势，并分析其面临的效率提升、稳定性以及规模化生产的挑战。 量子点太阳能电池（QDSC）的“量子”跃升： 量子点（Quantum Dots）因其尺寸可调的光学和电子学性质，为太阳能电池带来了全新的设计思路。本书将阐述量子点的量子限制效应如何使其能够吸收更宽范围的太阳光谱，实现多激子产生（MEG）以提高理论效率。我们将探讨不同量子点材料（如CdSe, PbS, InP等）的合成方法、表面钝化策略，以及如何通过构建有效的能量转移和电荷传输通道，提升量子点太阳能电池的性能。本书将重点分析量子点在近红外光谱吸收、薄膜太阳能电池以及光谱转换器件方面的应用潜力。 染料敏化太阳能电池（DSSC）的持续演进： 尽管面临新兴技术的竞争，染料敏化太阳能电池（DSSC）凭借其成本低廉、制备简单、弱光性能优异等优点，仍在特定领域保持其竞争力。本书将深入研究高性能染料的设计原则，包括其光谱吸收能力、氧化还原电势以及与半导体氧化物（如TiO2）的耦合效率。同时，我们将关注固体电解质DSSC（ssDSSC）的发展，以克服传统液态电解质易挥发、腐蚀等问题，进一步提升其稳定性和应用范围。 二、 优化能量流：从光子捕获到电子收集的全链条改进 除了核心的光电转换材料，太阳能电池的整体性能还依赖于一系列辅助材料和结构设计。本书将全面探讨这些“幕后英雄”如何协同工作，优化能量流。 新型光吸收层与光管理技术： 如何更有效地捕获太阳光是提高效率的第一步。本书将介绍等离激元纳米结构、光学陷光层、纳米线阵列等光管理技术，它们如何通过散射、衍射、共振等方式，增加光在活性层的停留时间，从而提高光吸收率，尤其是在较薄的活性层中。 高效的界面材料与电荷传输层： 电子-空穴对的分离与收集是太阳能电池的核心过程。本书将深入分析电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）材料的选择原则，如其能级匹配、载流子迁移率、化学稳定性等。我们将探讨各种有机、无机以及复合材料，包括金属氧化物（如TiO2, ZnO, NiO）、导电聚合物、自组装单分子层（SAMs）等，以及如何通过界面修饰，减少界面复合，提高载流子提取效率。 电极材料的革新与透明电极的探索： 传统的氧化铟锡（ITO）虽然导电透明，但价格昂贵且存在脆性问题。本书将介绍纳米线、石墨烯、金属网格、导电聚合物等新型透明导电材料（TCOs）的研究进展，以及它们在柔性、可穿戴太阳能电池中的应用潜力。同时，我们也会讨论金属电极的合金化、表面处理等技术，以降低接触电阻，提高器件整体效率。 稳定化与封装技术： 太阳能电池的长期稳定性是商业化应用的关键。本书将探讨各种阻挡层、钝化层材料，以及先进的封装技术，如原子层沉积（ALD）制备的阻隔膜、柔性封装材料等，它们如何有效地阻止水分、氧气和紫外线对活性材料的侵蚀，延长器件寿命。 三、 规模化与可持续性：面向未来的太阳能产业 技术创新最终需要回归到产业应用和可持续发展。本书将从更广阔的视角，审视材料科学在推动太阳能产业发展中的作用。 低成本制造技术与印刷电子： 柔性、可印刷的太阳能电池技术，如卷对卷（roll-to-roll）印刷，有望大幅降低生产成本，并实现大规模生产。本书将探讨各种印刷技术（如喷墨打印、刮刀涂布、丝网印刷）与适合这些技术的材料体系（如溶液加工型钙钛矿、有机半导体）的结合。 环境友好型材料与绿色制造： 随着对可持续发展的重视，开发不含重金属、易于回收、可降解的太阳能电池材料成为重要方向。本书将关注无铅钙钛矿、生物基有机半导体、以及利用地球含量丰富的元素（如Cu, S, Se, Bi, Sb）开发新型光伏材料的研究进展。 太阳能电池的集成与多功能化： 太阳能电池的应用将不再局限于屋顶。本书将探讨其在建筑集成（BIPV）、交通工具（光伏汽车、飞机）、智能服装、物联网传感器等领域的集成化应用。同时，我们将展望透明太阳能电池、柔性太阳能电池、甚至与储能功能集成的多功能太阳能器件的发展前景。 本书旨在为读者呈现一个全面、深入的太阳能转化材料科学图景，揭示前沿材料研究如何为我们解锁更强大、更经济、更可持续的太阳能未来。我们将以严谨的科学态度，结合最新的研究成果，为您勾勒出这场由材料驱动的能源革命的壮丽画卷，汇聚星辰之力，点亮绿色未来。

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