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1　能源经济问题1

1.1　能源经济2

1.2　化石能源最大储量的估算4

1.3　温室效应7

1.3.1　燃烧7

1.3.2　地球的温度7

2　光子11

2.1　黑体辐射12

2.1.1　空腔光子密度nγ（普朗克辐射定律）12

2.1.2 通过面积dA进入立体角dΩ的能量电流17

2.1.3　从球面进入立体角dΩ的辐射20

2.1.4　从表面单元进入半球的辐射（斯蒂芬-玻耳兹曼辐射定律）21

2.2　非黑体辐射的基尔霍夫定律23

2.2.1　半导体吸收25

2.3　太阳光谱26

2.3.1　大气质量28

2.4　太阳辐射强度29

2.4.1　阿贝正弦条件31

2.4.2　几何光学32

2.4.3　正弦条件下的辐射强度33

2.5　太阳能转化的最大效率34

3　半导体43

3.1　半导体中的电子45

3.1.1 电子的分布函数46

3.1.2　电子的态密度De47

3.1.3　电子的密度51

3.2　空穴53

3.3　掺杂56

3.4　准费米分布60

3.4.1　费米能级及电化学势63

3.4.2　功函68

3.5　电子和空穴的产生69

3.5.1　光子吸收69

3.5.2　电子-空穴对的发生72

3.6　电子与空穴的复合76

3.6.1　辐射复合，光子发射76

3.6.2　非辐射复合79

3.6.3　寿命89

3.7 半导体发光91

3.7.1　跃迁率与吸收系数92

4　热辐射转化为化学能97

4.1　化学能产生的最大效率100

5　化学能转化为电能107

5.1　电子及空穴传输108

5.1.1　场电流108

5.1.2　扩散电流110

5.1.3　总电荷电流111

5.2　电子和空穴的分离114

5.3　少数载流子的扩散长度116

5.4　介电弛豫118

5.5　双极扩散119

5.6　丹培效应120

5.7　数学描述123

6　太阳能电池的基本结构125

6.1　化学太阳能电池126

6.2　太阳能电池基本机理130

6.3　染料太阳能电池131

6.4　pn结133

6.4.1　黑暗中电子在pn结中的电化学平衡133

6.4.2　pn结电位分布134

6.4.3 pn结的伏安（电流-电压）特性138

6.5　pn结掺杂复合二极管模型143

6.6　异质结146

6.7　半导体-金属接触148

6.7.1 肖特基接触150

6.7.2　金属-绝缘体-半导体接触151

6.8 电场在太阳能电池中的作用152

7　太阳能电池能量转换限制157

7.1　太阳能电池最大效率158

7.2　太阳能电池效率与能隙的函数161

7.3　最理想的硅太阳能电池162

7.3.1　光捕捉164

7.4　薄膜太阳能电池168

7.4.1　太阳能电池的最小厚度169

7.5　等效电路171

7.6　开路电压的温度依赖172

7.7　效率的强度依赖173

7.8　单个能量转换过程效率174

8　提高太阳能电池效率的概念177

8.1 串接电池178

8.1.1 串接电池的电连接181

8.2　聚光器电池183

8.3　热伏能量转换184

8.4　碰撞电离186

8.4.1　碰撞电离热电子189

8.4.2　热电子与空穴的能量转换189

8.5　三水平体系中的两步激发192

8.5.1　杂质光伏效应193

8.5.2　光子的上转换与下转换197

9　前景展望203

附录208

索引211