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第1章 太阳光谱与半导体太阳电池1

1.1 太阳能电池的发展背景1

1.2 半导体太阳电池的工作原理、基本物理过程和工艺简介3

1.2.1 太阳能电池中的基本物理过程3

1.2.2 晶硅电池原料提纯和制备工艺5

1.2.3 单晶、多晶电池的制备工艺6

1.2.4 高效电池构架的基本区分9

1.3 硅基薄膜太阳电池的发展概述及主流光伏技术11

1.3.1 硅基薄膜光伏概述11

1.3.2 薄膜电池制备工艺13

1.4 硅基太阳电池发展的技术瓶颈和新技术方向15

1.4.1 光伏技术的应用和推广需求15

1.4.2 硅基电池的新型电池设计框架18

1.4.3 新纳米结构引入的影响23

1.4.4 多样化应用细分市场：柔性和透明电池技术26

参考文献28

第2章 太阳电池中的光学吸收增强33

2.1 传统吸收增强理论33

2.1.1 统计力学原理34

2.1.2 几何光学计算34

2.1.3 吸收增强36

2.1.4 传统吸收增强理论应用实例37

2.2 微纳光学吸收增强理论38

2.2.1 微纳光子结构39

2.2.2 陷光效应中的表面等离激元现象40

2.2.3 块体材料中的陷光效应41

2.2.4 表面等离激元效应在光伏中的应用42

2.3 结构设计与制造工艺46

2.3.1 第一代晶体硅46

2.3.2 薄膜太阳能电池工艺51

2.4 微纳结构增强工艺54

2.4.1 引言54

2.4.2 纳米线与纳米锥制造工艺55

2.4.3 光子控制：抗反射处理58

参考文献63

第3章 纳米硅量子点的可控制备与特性66

3.1 纳米硅量子点的基本性质66

3.1.1 能带结构67

3.1.2 光学性质70

3.1.3 电学性质77

3.2 纳米硅量子点的可控制备83

3.2.1 纳米硅量子点制备方法概述84

3.2.2 纳米硅量子点的限制性晶化原理与技术86

3.2.3 纳米硅/二氧化硅多层结构的制备88

3.2.4 纳米硅/非晶氮化硅和纳米硅/非晶碳化硅多层结构的制备90

参考文献93

第4章 化学合成方法制备硅量子点及相关光电材料99

4.1 化学合成量子点的历史与现状99

4.2 硅量子点的化学合成技术101

4.2.1 液相还原法102

4.2.2 电化学法104

4.2.3 硅烷热分解法105

4.2.4 高温固相法108

4.2.5 其他合成制备技术109

4.2.6 硅量子点与硅纳米材料110

4.3 硅量子点的表面修饰与物性111

4.3.1 量子点表面修饰的目的111

4.3.2 硅量子点的表面修饰方法112

4.3.3 硅量子点的荧光特性113

4.3.4 硅量子点表面的光电功能分子修饰121

4.3.5 基于硅量子点的核壳结构量子点123

参考文献125

第5章 纳米硅量子点在太阳电池器件中的应用136

5.1 Shock ley-Queisser极限136

5.2 基于纳米硅量子点材料的宽光谱太阳电池研究137

5.2.1 基于纳米硅量子点的叠层太阳电池137

5.2.2 纳米硅量子点异质结结构电池139

5.2.3 非硅衬底上的纳米硅量子点太阳电池147

5.3 纳米硅量子点提高太阳电池效率的其他途径151

5.3.1 多激子效应151

5.3.2 下转换（转移）和上转换152

5.3.3 热载流子155

参考文献157

第6章 硅纳米颗粒的冷等离子体法制备及其在太阳电池中的应用161

6.1 利用冷等离子体法制备硅纳米颗粒161

6.1.1 冷等离子体的重要性质162

6.1.2 硅纳米颗粒的晶态调控164

6.1.3 硅纳米颗粒的尺寸调控165

6.1.4 硅纳米颗粒的表面调控166

6.1.5 硅纳米颗粒的掺杂167

6.1.6 硅锗合金纳米颗粒168

6.2 基于硅纳米颗粒的硅墨水169

6.2.1 硅墨水的配置170

6.2.2 在太阳电池表面打印硅墨水171

6.3 基于硅纳米颗粒的硅浆料172

6.3.1 硅浆料的配制172

6.3.2 硅浆料的掺杂作用173

6.4 基于硅纳米颗粒的太阳电池薄膜174

6.4.1 硅纳米颗粒与高分子半导体材料的复合174

6.4.2 硅纳米颗粒与低维碳材料的复合177

6.4.3 硅纳米颗粒与TiO2纳米结构复合178

6.4.4 硅纳米颗粒薄膜180

参考文献180

第7章 一维Ⅳ族材料纳米结构的湿法制备184

7.1 MACE法制备一维Ⅳ族半导体材料纳米结构的机理184

7.2 MACE法制备Si一维纳米结构形貌控制185

7.2.1 垂直一维Si纳米结构的制备186

7.2.2 非垂直一维Si纳米结构的制备189

7.2.3 非准直一维Si纳米结构的制备191

7.2.4 多孔一维Si纳米结构的制备194

7.2.5 其他制备Si一维纳米结构的MACE技术205

7.2.6 MACE法制备一维Si基纳米异质结及相关复合结构206

7.2.7 对一维Si纳米结构的再加工209

7.3 MACE法制备的一维Si纳米结构的转移、收集和排列211

7.3.1 无裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集212

7.3.2 有裂纹垂直一维Si纳米结构的转移和收集212

7.4 一维纳米线的微纳结构与修饰在光伏器件中的应用215

参考文献219

第8章 新型硅基径向结太阳电池原理与应用225

8.1 硅基新型径向结太阳电池225

8.1.1 径向结电池基本结构和发展背景225

8.1.2 基于纳米线阵列的径向结电池制备工艺226

8.1.3 单根纳米线径向结电池制备和应用229

8.2 径向结太阳能电池原理233

8.2.1 3D构架的光学陷光特性233

8.2.2 光学模式和腔体耦合吸收特性234

8.2.3 径向结构中电学载流子输运特性237

8.3 径向p-n结硅纳米线电池结构的制备238

8.3.1 p-n结电池器件特性和性能现状238

8.3.2 径向异质结电池的特性239

8.3.3 混合p-n电池结构241

8.4 径向p-i-n结新型薄膜电池技术242

8.4.1 径向结薄膜电池的结构设计和关键因素242

8.4.2 基于VLS生长纳米线径向结电池的制备工艺243

8.4.3 纳米线生长调控的独特优势245

参考文献249

索引253