太阳能光伏电池中的半导体材料

太阳能作为一种清洁无污染的新型能源，受到了各国政府和组织的青睐，而太阳能电池正是目前最主流的转换和储存太阳能的方式。数十年来，人类对太阳能电池高效率的追求从未停止。从简单的单晶硅太阳能电池，到异质结太阳能电池、薄膜太阳能电池，再到目前研究火热的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，光伏材料的能量转换效率不断被刷新。在对光伏材料的研究过程中，我们对半导体中载流子的运动规律有了清楚的认识，可以通过设计光伏结构和组分来调节载流子的输运行为，同时也发展了一系列新颖的实验观测手段。鉴于单节光伏电池的效率已经开始逼近肖克基（ShockleyQueisser）极限，因此很有必要对目前的光伏发展现状进行总结，同时对今后的新型光伏材料探索提供指导，本书就是以此为出发点而写作的。

全书共9章：1.传统的三维结构光伏材料，包括Si， 碲化镉（CdTe）， 铜铟硫（CIS），铜铟镓硫（CIGS），砷化镓（GaAs）， 氧化锌（ZnO）等。主要介绍结构设计过程对各项参数的不断优化，尤其是一些微纳米结构的设计。但是如何将微纳米结构中得到的高效率用于大规模实际应用仍是一个巨大的挑战；2. Cu2ZnSn（S，Se）4 （CZTSSe） 光伏材料。该材料最大的优势是所含元素地表储量丰富，成本低廉。本章主要介绍了CZTSSe材料不同的制备方法，包括脉冲激光沉积，磁控溅射、气相沉积等；3.详细分析Cu2ZnSnS4类型材料，通过元素替换和组分调控，实现能带调节与缺陷控制，最终得到最优的组合方式；4.ZnO光伏材料。介绍n型、p型和共掺杂的ZnO， 实现了结构调控与性能优化；5.利用可见光在TiO2/Metal/CdS三明治结构中实现产氢与光降解过程。主要介绍材料制备和表征方法，并对反应机理进行了分析；6.有机光伏材料。有机材料制备成本低廉，同时具有极好的可印刷性，是未来光伏电池领域极具应用潜力的材料之一；7.有机半导体光伏材料中的{米调控。通过掺杂和热处理等手段，实现能带的调控和最优的光伏性能；8.光伏电池的表征手段；9.太阳能光伏电池的实际应用。

本书内容详实，对从事光伏材料研究的科研人员和教学工作者是一本极好的参考资料。低年级研究生可以重点参考第8章，学习光伏材料表征的基本手段和分析方法。对于从事产业化研究的学者，学习第9章的内容也许大有裨益。对于绝大部分从事新型光伏材料的研究人员，从中汲取灵感，找到光伏材料新的发展方向才是最重要的。自瑞士联邦理工学院Michael Gratzel教授首次发现钙钛矿光伏材料的高转换效率以来，大批的科研人员投身于该新兴领域。2015年，华中科技大学陈炜教授在国际顶级期刊Science上发表文章，实现大面积钙钛矿太阳能电池的国际认可最高效率 （15%），为钙钛矿光伏材料的大规模产业化提供了可能，并且该效率仍有很大的上升空间，所以值得全世界的科研人员投入更多的精力进行研究。