Next Generation Photovoltaics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Marti, Antonio (EDT)/ Luque, Antonio (EDT)

出品人:

页数:136

译者:

出版时间:2003-11

价格:$ 248.54

装帧:HRD

isbn号码:9780750309059

丛书系列:

图书标签:

Photovoltaics
Solar Energy
Renewable Energy
Next Generation
Solar Cells
Energy Conversion
Materials Science
Nanotechnology
Thin Film
Perovskite

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具体描述

Although photovoltaics are regarded by many as the most likely candidate for long term sustainable energy production, their implementation has been restricted by the high costs involved. Nevertheless, the theoretical limit on photovoltaic energy conversion efficiency - above 85% - suggests that there is room for substantial improvement of current commercially available solar cells, both silicon and thin-film based. Current research efforts are focused on implementing novel concepts to produce a new generation of low-cost, high-performance photovoltaics that make improved use of the solar spectrum.Featuring contributions from pioneers of next generation photovoltaic research, "Next Generation Photovoltaics: High Efficiency through Full Spectrum Utilization" presents a comprehensive account of the current state-of-the-art in all aspects of the field. The book first discusses topics, such as multi-junction solar cells (the method closest to commercialization), quantum dot solar cells, hot carrier solar cells, multiple quantum well solar cells, and thermophotovoltaics. The final two chapters of the book consider the materials, fabrication methods, and concentrator optics used for advanced photovoltaic cells. This book will be an essential reference for graduate students and researchers working with solar cell technology.

《光伏发电的未来：材料、器件与系统集成》导言自上世纪中叶光伏效应被发现以来，太阳能光伏技术便被视为应对全球能源危机和气候变化挑战的关键技术之一。随着技术的不断进步，光伏发电已从实验室研究走向大规模商业化应用，成为全球能源结构转型的重要驱动力。然而，要实现太阳能发电的真正普及和可持续发展，我们仍需在效率提升、成本降低、寿命延长以及系统集成等多个维度进行深入探索和突破。《光伏发电的未来：材料、器件与系统集成》一书，聚焦于当前光伏领域的前沿研究方向和新兴技术，旨在为读者提供一个全面、深入且极具前瞻性的视角，审视下一代光伏技术的可能路径和实现机制。本书不侧重于回顾传统晶体硅技术的成熟发展，而是将目光投向那些有望在未来十年乃至更长时间内引领行业变革的核心技术领域。第一部分：前沿光伏材料的深度探索光伏转换效率的根本瓶颈在于材料本身。本书的第一部分将详尽阐述几种极具潜力的下一代光伏材料体系，它们有望突破传统单结太阳能电池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser, S-Q）极限。第一章：钙钛矿太阳能电池的机遇与挑战钙钛矿材料以其优异的光吸收特性、低成本的溶液加工能力以及快速提升的效率，成为当前光伏研究中最热门的焦点。本章首先系统梳理了有机-无机杂化钙钛矿（如甲基胺碘化铅，$ ext{CH}_3 ext{NH}_3 ext{PbI}_3$）的基本光物理性质、晶体结构稳定性问题以及器件工作机理。重点深入探讨了以下关键技术点： 1. 缺陷钝化策略：详细分析了空位、间隙离子等缺陷对载流子寿命和器件性能的负面影响，并比较了表面工程、二维（2D）/三维（3D）异质结构引入以及多价离子掺杂等钝化方法的效果与机制。 2. 长期稳定性增强：阐述了湿度、热量和光照引发的钙钛矿分解路径，并详细介绍了封装技术、添加稳定剂（如大分子有机盐）以及新型无铅替代品（如双元素或三元素无机钙钛矿）在提升器件工作寿命方面的最新进展。 3. 大面积制备工艺：讨论了从实验室的小面积旋涂技术向卷对卷（Roll-to-Roll）等高通量制造工艺过渡中面临的形貌控制、均匀性保证以及缺陷密度控制的工程难题。第二章：量子点与硅纳米线异质结半导体量子点（Quantum Dots, QDs）因其尺寸依赖性的能带调控能力，为实现宽光谱吸收和多激子产生（Multiple Exciton Generation, MEG）提供了理论基础。本章聚焦于基于QD的薄膜电池结构。 1. QD的合成与表面配体控制：探讨了控制QD尺寸分布的化学合成方法，以及如何选择合适的表面配体以优化电荷传输和减小界面复合。 2. 串联结构设计：重点分析了QD与传统半导体（如Si或CIGS）构成的异质结或串联电池的能级匹配，以及如何利用量子点的高带隙特性来捕获高能光子。 3. 硅纳米线阵列的应用：硅纳米线（SiNWs）通过其优异的局域光捕获能力和有效的电荷分离路径，可以显著提升吸收层的利用率。本章将分析在SiNWs表面生长或集成薄膜吸收层（如CdTe或CZTS）时，界面接触质量对整体效率的关键影响。第二部分：超越单结的器件架构创新为突破S-Q极限，多结和光谱转换技术是必然的发展方向。本部分深入研究了先进的器件结构和光子管理技术。第三章：高效率多结太阳能电池（Tandem Cells）多结电池通过堆叠具有不同带隙的半导体材料，实现对太阳光谱的更精细划分，从而显著提高理论效率。 1. III-V族超晶格材料的挑战：分析了砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等 III-V 族材料在制造高品质、低缺陷的晶格匹配或不匹配（如InGaP/GaAs/Ge）三结电池中的复杂性。特别关注了异质结界面处的应力弛豫和电荷平衡机制。 2. 钙钛矿/硅叠层电池的协同效应：鉴于钙钛矿材料优异的带隙匹配性（约1.7 eV），本章着重探讨了将钙钛矿电池作为顶电池，与成熟的晶体硅电池进行串联集成的最新进展。这包括透明导电层的选择、中间连接层（Interlayer）的优化设计以最小化串联损耗，以及如何处理两种材料在加工温度上的不兼容性。第四章：光谱转换与光管理技术光谱转换技术，包括上转换（Up-conversion）、下转换（Down-conversion）和反斯托克斯荧光（Anti-Stokes Fluorescence），旨在将不可用或低效利用的光子转化为电池可吸收的能量。 1. 下转换材料在表面封装的应用：探讨了使用稀土离子掺杂的玻璃或陶瓷材料，将高能紫外光子转化为两个低能可见光子，从而避免高能光子产生的热损失和高阶激子淬灭效应。重点分析了此类材料的量子产率和长波稳定性。 2. 热光伏（TPV）与热管理：描述了利用材料在高温下发射窄带辐射光，通过选择性发射器和窄带隙吸收体实现高效发电的原理。分析了先进陶瓷材料在高温稳定性以及选择性辐射方面的应用潜力。第三部分：光伏系统的集成、可靠性与经济性评估光伏技术的最终落地，不仅取决于电池本身的效率，更依赖于系统的集成能力、长期运行的可靠性以及全生命周期的经济性。第五章：光伏电站的智能运维与预测性维护随着光伏系统规模的扩大，如何实现高效、低损耗的电站管理成为核心议题。 1. 先进的故障诊断技术：详细介绍了基于无人机红外热成像、电致发光（EL）成像和深度学习算法结合的自动化缺陷检测系统，用于识别热斑、微裂纹和旁路二极管失效等早期问题。 2. 数字孪生与性能建模：阐述了如何利用物联网（IoT）传感器数据，结合天气模型和光照变化数据，构建光伏电站的数字孪生模型，实现对发电功率的实时精确预测和异常行为的预警。第六章：光伏系统的生命周期评估（LCA）与循环经济实现光伏技术的可持续性，必须从源头控制材料消耗并规划退役后的处理方案。 1. 材料替代与能源回收：评估了无铟、无铋等稀有元素替代策略对供应链安全的影响。详细分析了现有晶体硅组件的回收技术，如热解法和湿法冶金法，在提纯硅、银和铝等关键材料方面的效率与能耗平衡。 2. 光伏与储能的集成（PV-Storage Integration）：探讨了光伏发电与电池储能系统（如锂离子电池、液流电池）的协同优化设计，以提高电网接纳能力和平滑输出波动。分析了直流耦合和交流耦合架构在不同应用场景下的优劣。结语本书通过对材料科学、器件物理和系统工程的交叉视角审视，勾勒出未来光伏技术从实验室突破迈向产业化落地的清晰蓝图。它旨在激发科研人员和工程师们，在追求更高效率的同时，更加关注材料的可持续性、制造的经济性以及系统的长期可靠性，共同推动太阳能发电成为全球能源系统的中坚力量。