《太陽電池:從新概念到新技術》是2013年11月1日化學工業出版社出版的圖書，作者是彼得·烏夫爾 (Prter Wurfel)。
基本介紹
- 外文名：Physics of Solar Cells from Basic Principles to Advanced Concepts
- 書名：太陽電池:從新概念到新技術
- 作者：彼得·烏夫爾 (Prter Wurfel)
- 類型：科技
- 出版日期：2013年11月1日
- 語種：簡體中文
- 品牌：化學工業出版社
- 譯者：陳紅雨
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：206頁
- 開本：16
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,
內容簡介
本書是原著第二版，基於讀者對第一版的關注，本版內容進行了全面更新和擴展，包含了太陽能轉換機制的最新知識。書中詳細介紹了太陽電池功能的各個方面，如黑體輻射與太陽光譜，半導體及其電子與空穴，熱輻射化學能的轉換，化學能電能的轉換，太陽電池基本結構（包括矽太陽電池、薄膜太陽電池、染料敏化太陽電池等），太陽電池能量轉換的限制因素，提高太陽電池效率要考慮的所有問題等。重點放在熱力學方法上，它獨立於太陽電池結構存在，這有利於對太陽熱輻射能轉換成電能的轉換效率限制給出全面的判斷，也可以說明現有太陽電池的發展潛能及限制。 這是一本非常好的研究參考書和教科書，它既是從事太陽電池研究開發、生產製造及使用運行的必備基礎書，又適合相關專業研究生及高年級本科生作為教材使用。
《太陽電池:從新概念到新技術(原著第2版)》這是一本非常好的研究參考書和教科書，它既是從事太陽電池研究開發、生產製造及使用運行的必備基礎書，又適合相關專業研究生及高年級本科生作為教材使用
作者簡介
作者:(德)彼得·烏夫爾 譯者:陳紅雨、郭長娟、李核、匡代彬
圖書目錄
1能源經濟問題
1.1能源經濟
1.2化石能源最大儲量的估算
1.3 溫室效應
1.3.1燃燒
1.3.2地球溫度
習題
2光子
2.1黑體輻射
2.1.1 空腔光子密度n（普朗克輻射定律）
2.1.2通過面積dA進入立體角dn的能量電流
2.1.3從球面進入立體角d0的輻射
2.1.4從表面單元進入半球的輻射（史蒂芬一玻耳茲曼輻射定律）
2.2非黑體輻射的基爾翟夫定律
2.2.1半導體吸收
2.3太陽光譜
2.3.1 大氣質量
2.4太陽輻射強度
2.4.1阿貝正弦條件
2.4.2幾何光學
2.4.3正弦條件下的輻射強度
2.5太陽能轉化的最大效率
習題
3半導體
3.1半導體中的電子
3.1.1 電子的排布函式
3.1.2 電子的狀態密度D1
3.1.3 電子的密度
3.2 空穴
3.3摻雜
3.4準費米分布
3.4.1 費米能級及電化學電位
3.4.2功函
3.5 電子和空穴對的產生
3.5.1光子吸收
3.5.2 電子一空穴對的發生
3.6 電子與空穴的複合
3.6.1輻射複合，光子發射
3.6.2非輻射複合
3.6.3壽命
3.7半導體發光
3.7.1躍遷率與吸收係數
習題
……
4熱輻射轉化為化學能
5化學能轉化為電能
6太陽電池的基本結構
7太陽電池能量轉換限制
8提高太陽電池效率的方法
前景展望
習題答案
附錄
參考文獻
索引
1.1能源經濟
1.2化石能源最大儲量的估算
1.3 溫室效應
1.3.1燃燒
1.3.2地球溫度
習題
2光子
2.1黑體輻射
2.1.1 空腔光子密度n（普朗克輻射定律）
2.1.2通過面積dA進入立體角dn的能量電流
2.1.3從球面進入立體角d0的輻射
2.1.4從表面單元進入半球的輻射（史蒂芬一玻耳茲曼輻射定律）
2.2非黑體輻射的基爾翟夫定律
2.2.1半導體吸收
2.3太陽光譜
2.3.1 大氣質量
2.4太陽輻射強度
2.4.1阿貝正弦條件
2.4.2幾何光學
2.4.3正弦條件下的輻射強度
2.5太陽能轉化的最大效率
習題
3半導體
3.1半導體中的電子
3.1.1 電子的排布函式
3.1.2 電子的狀態密度D1
3.1.3 電子的密度
3.2 空穴
3.3摻雜
3.4準費米分布
3.4.1 費米能級及電化學電位
3.4.2功函
3.5 電子和空穴對的產生
3.5.1光子吸收
3.5.2 電子一空穴對的發生
3.6 電子與空穴的複合
3.6.1輻射複合，光子發射
3.6.2非輻射複合
3.6.3壽命
3.7半導體發光
3.7.1躍遷率與吸收係數
習題
……
4熱輻射轉化為化學能
5化學能轉化為電能
6太陽電池的基本結構
7太陽電池能量轉換限制
8提高太陽電池效率的方法
前景展望
習題答案
附錄
參考文獻
索引
序言
人類生活需要能量。我們除了從食物中獲得能量用以維持身體及其基本機能外（100W），平均還需要較食物提供的30多倍能量來滿足我們舒適的生活。電能是最有用的能源之一，它幾乎可以用於任何用途。地球上所有的生命都是基於太陽能通過藻類植物的光合作用而創造的。人類可以用太陽電池通過光電能量轉換來生產電能，這是人類歷史上首次無需藉助植物，而直接利用太陽能就可以製造出高品質的能量。由於它的可持續性，也就是說，長期能源的提供都必須是基於太陽能的，所以未來光電能轉換將是必不可少的一種生產能源的方式。
本書對太陽電池的基本原理進行了深入闡述。在對原理的討論中對現有技術和將來的發展進行了通俗的描述。太陽電池中能量的轉換包括兩個步驟。第一步是吸收太陽輻射，即產生化學能。這個過程發生在每個半導體中。第二步是通過產生電流和電壓轉換成電能。這個過程就需要適當的結構和力去驅動由於入射光產生的電子和空穴以電流的方式通過太陽電池。這種由於特殊結構和力引起的電荷定向傳輸將在本書中詳細介紹。在這個過程中可以看出存在於暗區pn結中的電場（通常被認為是太陽電池工作的先決條件），實際上是一個附加現象，是由於其他原因所必需的結構，並不是太陽電池的基本特性。太陽電池的結構可以由具有半導體特性的吸收體來描述，其內發生太陽能轉換成化學能且包含兩個半滲透膜，一個位於末端傳輸電子阻礙空穴，另一個位於另一末端傳輸空穴阻礙電子。此書力圖以一種便於理解的方式全面闡述太陽電池的基本物理原理。除了極少數的例外，所有的物理關係都會被推導且以實例說明，以便於沒有物理背景的讀者理解本書。
此書將重點放在熱力學方法上，它獨立於太陽電池結構的存在。這有利於對太陽熱輻射能轉換成電能的轉換效率限制給出全面的判斷，也可以說明現有太陽電池的發展潛能及限制。我們將依循W Shockley和H J Queisser開闢的路線進行說明W Shockley， H J Queisser，J Appl Phys32，（1961)，510。
本書是綜合了一系列關於太陽電池物理學的講座而成的。非常感謝那些給我提出建議和指出錯誤的學生。這裡所展現的素材與一般依賴於電場提供驅動力的太陽電池的處理不同，它是多年來與我的老師W Ruppel合作研究的成果。
從某種程度上來說，本書相較於一般的半導體物理學和太陽電池物理學更為嚴謹。最明顯的就是同樣的物理量將用同樣的物理符號表示，如：流量密度將用j表示，它所傳輸的量用不同的下標來區分，jQ表示電荷流的密度，je表示電子流的密度。根據此原則，所有微粒的濃度都用n表示，ne表示電子的濃度，nh表示空穴的濃度，nγ表示光子的濃度。希望習慣於用n和p表示電子和空穴濃度的讀者不會覺得很難適應這種更合理的表示方法。
儘管油、氣儲量只能夠維持不足一百年，但是按照現行做法，促使我們從消耗儲備能源轉向使用可再生能源，並不在於消耗儲備能源的本身。能源的枯竭並不會困擾我們，因為這將是我們有生之年看不到的事情。但假設我們能活到500歲，那我們就不得不去面對現在這樣消耗能源的後果了。促使我們轉變為使用可再生能源的應該是使用化石燃料和核能產生的副產物對環境產生的災難性後果。因為這是使用太陽電池的最實際動機，本書將從討論我們現有能源經濟引起的後果和對氣候的影響開始展開。因為太陽能經濟被證明可以消除上述問題，所以我們應大力發展和完善光電技術，此書將為此提供理論依據。
Peter Würfel
本書對太陽電池的基本原理進行了深入闡述。在對原理的討論中對現有技術和將來的發展進行了通俗的描述。太陽電池中能量的轉換包括兩個步驟。第一步是吸收太陽輻射，即產生化學能。這個過程發生在每個半導體中。第二步是通過產生電流和電壓轉換成電能。這個過程就需要適當的結構和力去驅動由於入射光產生的電子和空穴以電流的方式通過太陽電池。這種由於特殊結構和力引起的電荷定向傳輸將在本書中詳細介紹。在這個過程中可以看出存在於暗區pn結中的電場（通常被認為是太陽電池工作的先決條件），實際上是一個附加現象，是由於其他原因所必需的結構，並不是太陽電池的基本特性。太陽電池的結構可以由具有半導體特性的吸收體來描述，其內發生太陽能轉換成化學能且包含兩個半滲透膜，一個位於末端傳輸電子阻礙空穴，另一個位於另一末端傳輸空穴阻礙電子。此書力圖以一種便於理解的方式全面闡述太陽電池的基本物理原理。除了極少數的例外，所有的物理關係都會被推導且以實例說明，以便於沒有物理背景的讀者理解本書。
此書將重點放在熱力學方法上，它獨立於太陽電池結構的存在。這有利於對太陽熱輻射能轉換成電能的轉換效率限制給出全面的判斷，也可以說明現有太陽電池的發展潛能及限制。我們將依循W Shockley和H J Queisser開闢的路線進行說明W Shockley， H J Queisser，J Appl Phys32，（1961)，510。
本書是綜合了一系列關於太陽電池物理學的講座而成的。非常感謝那些給我提出建議和指出錯誤的學生。這裡所展現的素材與一般依賴於電場提供驅動力的太陽電池的處理不同，它是多年來與我的老師W Ruppel合作研究的成果。
從某種程度上來說，本書相較於一般的半導體物理學和太陽電池物理學更為嚴謹。最明顯的就是同樣的物理量將用同樣的物理符號表示，如：流量密度將用j表示，它所傳輸的量用不同的下標來區分，jQ表示電荷流的密度，je表示電子流的密度。根據此原則，所有微粒的濃度都用n表示，ne表示電子的濃度，nh表示空穴的濃度，nγ表示光子的濃度。希望習慣於用n和p表示電子和空穴濃度的讀者不會覺得很難適應這種更合理的表示方法。
儘管油、氣儲量只能夠維持不足一百年，但是按照現行做法，促使我們從消耗儲備能源轉向使用可再生能源，並不在於消耗儲備能源的本身。能源的枯竭並不會困擾我們，因為這將是我們有生之年看不到的事情。但假設我們能活到500歲，那我們就不得不去面對現在這樣消耗能源的後果了。促使我們轉變為使用可再生能源的應該是使用化石燃料和核能產生的副產物對環境產生的災難性後果。因為這是使用太陽電池的最實際動機，本書將從討論我們現有能源經濟引起的後果和對氣候的影響開始展開。因為太陽能經濟被證明可以消除上述問題，所以我們應大力發展和完善光電技術，此書將為此提供理論依據。
Peter Würfel
