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未来能源的终极王牌，太阳光发电技术

　　认识半导体是理解太阳电池技术的关键，实现低碳社会，高效率化的新兴太阳电池科技摆脱对化石燃料、核能的依赖，阻止地球暖化……新兴自然能源中最受人期待的是太阳电池。目前的太阳电池，尚无法取代旧有能源，然而在半导体科技的发展下，未来必能制造出效率更高，成本更低，能够节省能源的太阳电池。为了推广太阳电池的开发，一本适合普罗大众阅读，且富有专业知识的书籍相当重要！

　　本书将搭配图解，循序渐进的解说太阳电池、半导体、以及半导体元件的基础知识。不论是对环保新能源有兴趣的高中生、专科生、大学生，或是需要了解能源知识的相关工作者，相信本书一定可以帮助你更了解太阳电池。

本书特色

　　搭配全彩图解，专业知识轻松学。  认识太阳电池与半导体技术，涵盖基础与专业知识。

　　推论太阳电池会往什么样的方向进行技术开发，认识太阳电池未来的动向。

作者简介

佐藤胜昭

　　1942年生于日本兵库县。1966年京都大学研究所工学研究科硕士课程修毕。工学博士。1966年进入日本广播协会（NHK）。1984年担任东京农工大学工学部助理教授，1989年升任教授，2005年担任副校长。2007年为名誉教授。自2007年起，担任科学技术振兴机构（JST）战略性创造研究推进事业之研究总召。应用物理学会会员。自1994年起于自宅设置太阳电池，公佈历经15年的研究数据资料。

　　着作有『倾听理科能力Q&A』、『光与磁气』、『应用电子物性工学』、『应用物性』、『半导体物性Q&A』等书。

星河彼岸：宇宙航行与地外文明探索 引言： 浩瀚宇宙，无垠星海，自古以来便激发着人类最深沉的好奇心与最磅礴的想象力。《星河彼岸：宇宙航行与地外文明探索》并非一本聚焦于地球能源技术的书籍，它将带领读者进行一场穿越时空的宏大旅行，深入探讨人类在宇宙尺度下面临的终极问题：我们是否孤独？如何抵达遥远的星辰？ 本书是一部集结了前沿科学理论、历史文献回顾与大胆未来设想的综合性巨著。它以严谨的科学态度为基石，辅以引人入胜的叙事风格，旨在为所有对宇宙奥秘心驰神往的探索者提供一份详尽的“星际导航图”。 第一部分：宇宙的疆域与航行的挑战 第一章：尺度之外的维度 本章将首先确立我们所讨论的“宇宙”的真正含义。我们不再局限于太阳系内部的行星勘探，而是将目光投向银河系乃至可观测宇宙的边缘。书中详细解析了光年、秒差距等尺度单位的意义，并运用最新的哈勃与詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，展示了宇宙结构的宏大图景——从星系团到超星系团的网状结构。 重点分析了相对论对星际旅行的根本性制约。爱因斯坦的理论不仅是时空弯曲的描述，更是对“光速限制”这一物理学铁律的坚定宣告。我们将深入探讨如何理解时间膨胀效应，即宇航员在接近光速时所经历的时间流逝，以及这对星际社会结构可能产生的深远影响。 第二章：突破光速的理论幻影 如果光速不可超越，那么星际旅行就成了一个世代接一个世代的“慢速任务”。本章将系统梳理当前物理学中所有试图规避或绕过光速限制的理论构想，并客观评估其可行性与科学依据。 我们详细考察了“曲速驱动”（Alcubierre Drive）的数学模型，剖析了其对负能量密度的依赖性及其在当前物理框架下无法克服的能量需求。此外，书中也探讨了虫洞（Wormholes）作为理论捷径的可能性，阐述了构建和稳定可穿越虫洞所需的奇异物质（Exotic Matter）的性质。对于那些看似遥远的理论，如量子纠缠的远距离信息传递，本书也给出了明确的界定：纠缠态的“幽灵般的超距作用”并不能被用于传输宏观信息或物质。 第三章：漫长航行的工程学——生命维持系统与深空防护 即便依靠接近光速的推进方式，星际航行也将是跨越数十年甚至数百年的旅程。本章聚焦于“生命”如何在极端环境中延续。 书中细致分析了“世代飞船”（Generation Ships）的设计理念，包括内部生态系统的闭环设计、遗传多样性的维护、以及在封闭社会中可能出现的文化与政治演变。我们探讨了如何设计一个能够自我修复、自我调节的微型生物圈，以应对数代人的生存需求。 防护是另一大难题。高速航行中，即便是最微小的星际尘埃也具有毁灭性的动能。本书深入研究了磁场偏转盾、等离子体保护层以及主动激光烧蚀技术在抵御宇宙射线和微流星体撞击方面的最新进展与工程难点。 第二章部分：地外生命的探索与信息解码 第四章：搜寻生命的生物学指标 我们将视线从遥远的星系收回到我们邻近的恒星系统。本章重点探讨了寻找地外生命体（Extraterrestrial Life）的具体策略。 重点关注“宜居带”（Habitable Zones）的重新定义，超越了传统的液态水标准。书中详细分析了甲烷基生命、氨基生命等替代性生物化学模型的可能性，拓宽了对生命形式的想象边界。特别是对系外行星大气光谱的分析技术进行了深度剖析，讲解了如何通过识别特定的生物特征气体组合（如氧气、臭氧、甲烷的非平衡态共存）来推断生命活动的存在。书中收录了对“超级地球”和“海洋世界”的最新观测数据解读。 第五章：技术文明的信号——SETI的演进与陷阱 搜寻地外文明（SETI）计划已从早期的射电望远镜监听，发展到涵盖光信号和脉冲星测距的多元化战略。本章回顾了SETI项目的历史里程碑，包括“Wow!”信号的争议，并重点介绍了当前正在运行的突破聆听（Breakthrough Listen）项目所采用的超灵敏接收技术和数据处理算法。 更引人深思的是，本章深入探讨了“文明的噪音”问题。一个高度发达的文明可能排放出我们无法识别的信号，或是其技术信号已融入宇宙背景辐射。我们讨论了“戴森球”（Dyson Spheres）或其变体——“戴森云”——作为检测先进技术文明能源特征的有效途径，并分析了对红外异常信号的持续监测结果。 第六章：宇宙中的信息学——费米悖论的深层解析 费米悖论，即“他们都在哪儿？”这一基本矛盾，是本书哲学思辨的核心。本章摒弃了简单化的“大过滤器”理论，转而探讨更为复杂的社会学与技术演化模型。 我们分析了“大过滤器”可能位于我们人类自身的历史进程中的不同阶段：是生命起源的概率极低？是智慧诞生的瓶颈？还是文明技术成熟后必然发生的自我毁灭？书中引入了对“技术奇点”的预测分析，探讨如果先进文明掌握了自我复制的纳米技术或强人工智能，他们会选择向外扩张，还是会选择向内沉浸于模拟现实（Simulation Hypothesis），从而在物理宇宙中变得“隐形”。 第三部分：星际文明的伦理与未来 第七章：接触的伦理——信息传递的风险与责任 如果有一天，我们接收到了来自遥远星系的信息，人类社会该如何应对？本章聚焦于“信息安全”与“文化冲击”的伦理困境。 书中探讨了主动向外发送信息（METI）的争议。向宇宙广播地球的位置和信息，是否等同于向潜在的、未知的实体发出邀请或警告？我们审视了不同学派对接触风险的评估，从“保护主义”到“开放交流”的争论。此外，本章还模拟了如果接收到高维或非线性信息时，人类现有的科学、哲学和宗教体系可能面临的根本性挑战。 第八章：超越人类的演化——后生物时代与星际政治 本书的收官部分将目光投向未来数千年，探讨人类文明在迈向星际社会时可能发生的根本性转变。 我们分析了基因编辑技术（CRISPR等）在优化宇航员适应不同行星环境方面的前景。更进一步，书中探讨了“人机融合”的必要性——为了应对漫长的星际航行和不同重力环境，人类认知和生理结构可能需要通过赛博格化（Cyborgization）进行改造。 最后，本书构建了一个关于“星际政治”的设想框架。一旦人类成为跨越数个星系的物种，原有的国家概念将瓦解。我们将面临如何建立统一的、能有效管理分散文明的治理模式，以及如何处理与可能存在的其他智慧物种的“第一接触”协议。 结语：仰望星空，向内求索 《星河彼岸》的最终目的，并非是提供一个确凿的星际旅行手册，而是鼓励读者以更广阔的视野来审视我们自身的处境。宇宙的辽阔既是物理上的挑战，更是对人类智慧、韧性与伦理道德的终极考验。我们探索星空，归根结底，是为了更好地理解我们自己。

前言
登场角色介绍

第1章太阳光与太阳电池（入门篇）
1现在为什么需要太阳电池１　由南极的冰为证，表示CO2剧增
2现在为什么需要太阳电池２　可再生能源当中最轻巧简单的一项
3倾注至地球的太阳光能量是1.37 kW /m2
4地球从太阳获取的能源以石油换算一年达100兆吨
5太阳光当中也包含了看不见的光　太阳光的频谱１
6太阳光当中也包含了看不见的光　太阳光的频谱２
7依不同季节、时间、天候，会产生如此大变化的太阳光能量
8翻开太阳电池的历史　该起源竟可溯及19世纪！
9把光转换成电气的，是构成太阳电池元件的半导体
10太阳电池元件的内容是pn接面二极体
11太阳电池元件之pn接面二极体的运作
12转换效率该如何求出？
13转换效率无法达到100%的原因
14太阳能面板（太阳电池模组）是由多数晶片元件组合而成
15用1片太阳能面板（太阳电池模组）能发出多少瓦的电力呢？
16正感觉非常喜欢夏天耀眼无比的太阳，却出乎意料发现太阳电池对暑热难以招架
17太阳能面板直接和家电连结也不运作的理由　直流及交流
COLUMN在供电电线使用交流的理由

第2章太阳电池的基础技术（中级篇）
18太阳电池元件上使用了多样技术
19高品质单结晶硅的增长法　浮游区域法及拉晶法
20多结晶硅晶锭是硅的铸造物
21即使是相同的硅，结晶类型和薄膜类型的制造工程仍有根本差异
22砷化镓的单结晶是利用固化融液制成
23电气像金属一般在透明电极中流动是因为氧气欠缺
24尽可能把大量的光引导至半导体中１　反射防止膜的任务
25尽可能把大量的光引导至半导体中２　反射防止膜的施行办法
26区分波长区域的角色分担　多重接面堆叠结构元件
27使用镜面或镜子收集光源　聚光型太阳电池
COLUMN数据资料诉说的太阳光发电真相１　1日的发电量变化

第3章从太阳光发电模组迈入系统（中级篇）
28太阳能面板（太阳电池模组）的制造过程
29为太阳电池的测验所使用的模拟太阳光　太阳能模拟器
30作为建材的太阳电池１　依设置方法分类
31作为建材的太阳电池２　作为建材所要求的项目
32把直流变为交流的构造　变压器的动作原理
33将太阳电池的输出供应到配线的「连线系统」
34借用您家的屋顶　地区集中连线型太阳光发电
35在各地陆续登场的兆瓦太阳能发电所
36智慧型电网带来的电力革新
COLUMN数据资料诉说的太阳光发电真相２　即使雨天也会发电

第4章各式各样的太阳电池（上级篇）
37太阳电池材料的多样化１　太阳电池的分类
38太阳电池材料的多样化２　太阳电池的比较
39有如此大的差异！半导体的光吸收频谱
40以75％的佔有率而自豪的结晶类型硅太阳电池１
41以75％的佔有率而自豪的结晶类型硅太阳电池２
42结晶类型硅的转换效率冠军　单结晶类型硅太阳电池
43效率虽然比单结晶差，但却是低成本的多结晶硅太阳电池
44虽然低效率但材料成本低廉的薄膜硅太阳电池１
45虽然低效率但材料成本低廉的薄膜硅太阳电池２
46虽然低效率但材料成本低廉的薄膜硅太阳电池３
47在宇宙活跃的III-V族类型化合物半导体太阳电池
48III-V族化合物半导体的结晶构造及原子结合
49支持混晶效率40％的III-V族化合物半导体类型太阳电池
50低成本且爆发般普及的CdTe薄膜太阳电池
51CIGS薄膜太阳电池的结晶构造及物性
52CIGS薄膜太阳电池元件的构造及特性
53以有机化合物和碳的共同研究制造的电气有机太阳电池
54以氧化钛及色素产出电气的染料敏化太阳能电池
COLUMN数据资料诉说的太阳光发电真相３　太阳光发电有历年变化吗？

第5章为了太阳电池的半导体入门（上级篇）
55金属的光电效应无法应用于太阳电池　要是不增加高电压就无法取出光电流
56在半导体单体中无法制造太阳电池　光起电力需要半导体的接面
57半导体和金属．绝缘体的差异
58能隙决定的半导体的电气性质
59能隙决定的半导体的光学性质
60有机物的分子轨道及半导体能带构造的差异　以染料敏化太阳能电池为例
61原子聚集变成固态的话，便可以形成能带
62提供电子状态跃迁规则的费米分布
63杂质掺杂１　n型半导体及施体能阶
64杂质掺杂２　非本征半导体载子浓度的温度变化
65杂质掺杂３　p型半导体的电洞及受体能阶
66认识间接迁移１　回忆起运动量守恆定律吧！
67认识间接迁移２　考虑自由电子的波数
68认识间接迁移３　考虑週期性位势中的电子波
69认识间接迁移４　半导体的光吸收
70硅明明不是金属，为什么带有金属的光泽呢？
71半导体的电子真的比自由电子还轻吗？
COLUMN数据资料诉说的太阳光发电真相４　调峰的效果是？

第6章为了太阳电池的半导体元件入门（上级篇）
72太阳电池是二极体的一种　二极体的起源是名为二极管的真空管
73在pn接面界面上形成的空泛区及内藏电位差
74pn接面二极体的顺势方向特性　电流呈现指数函数般上升
75pn接面二极体的反方向特性　电流虽小，却大致有一定程度
76借由后表面电场（BSF）改善效率　太阳电池能带的断面构造
77延长少数载子寿命的钝化保护
78运用能隙决定转换效率　理论界限转换效率
COLUMN能源回收期间是2年以下

第7章今后的太阳电池（上级篇）
79以低成本的太阳电池为目标　减少材料．晶圆化成本方面
80以高效率的太阳电池为目标
81运用常见的材料温和地对待环境　太阳电池的元素战略
82撒哈拉太阳能孵化计画　把太阳电池制造的电力用于全世界
COLUMN回顾日本生态住宅15年
参考文献
索引

评分☆☆☆☆☆

讲真，我拿到《太阳电池》这本书的时候，我以为是本那种比较学术的、讲发电原理的书。毕竟“太阳电池”这个词，听起来就有点专业。我平时虽然对科学有点好奇，但并不算是那种特别硬核的科技迷。我的阅读喜好比较广泛，有时候喜欢看些小说，有时候也会翻翻历史类的书籍，只要内容有趣，我都能看得进去。这次因为好奇，就选了这本《太阳电池》。我希望这本书的叙事方式能够比较轻松，不会充斥着太多我看不懂的专业术语。最好是能像一个故事一样，娓娓道来，让我能够循序渐进地理解其中的概念。我猜想，这本书可能会从太阳本身的奥秘讲起，然后逐步过渡到太阳电池的科技发展，最后可能会探讨它在未来能源结构中的地位。我特别期待作者能够结合一些生活中的例子，或者是一些生动的小故事，来解释这些科学原理，这样会让阅读过程更加有趣和有效。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，《太阳电池》这本书的选材真的太有意思了。我一直觉得，我们身边最常见的东西，往往隐藏着最深刻的道理。太阳，这个每天都升起又落下的星球，它的能量是如何被捕捉和利用的，这本身就是一个令人着迷的议题。我平常是个比较喜欢关注社会议题的人，特别是关于环境和可持续发展方面的。我一直认为，了解这些科技的进步，能够帮助我们更好地理解我们所处的时代，以及我们未来可以走向何方。我希望这本书能够不仅仅是讲述太阳电池的原理，更能够引发我们对能源、对环保、对未来的深入思考。我猜想，作者可能会通过一些案例，展示太阳电池在不同领域、不同场景下的应用，或许还会提到一些我们在日常生活中就可以做到的，关于节能减排的小知识。这本书如果能做到这些，那绝对是一本值得反复阅读的佳作。

评分☆☆☆☆☆

拿到《太阳电池》这本书，我第一时间就被它散发出的那种“科技与人文”的融合感吸引了。我一直觉得，一本好的书，不仅仅是提供知识，更重要的是能够触动人的内心，引发情感的共鸣。我平常是个比较感性的人，尤其喜欢那些能够描绘事物美好，或者展现人类智慧光辉的作品。我猜想，《太阳电池》这本书，除了会讲解科学原理之外，可能还会蕴含着一种对于人类探索未知、改造自然的赞美，以及对未来绿色能源的美好憧憬。我希望这本书能够用诗意的语言，或者富有哲理的思考，来描绘太阳电池的故事，而不是仅仅停留在冰冷的科学数据。我尤其期待，作者能够分享一些关于太阳电池研发过程中的故事，那些充满挑战和创新的瞬间，一定能让这本书更加生动有趣，也更加鼓舞人心。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《太阳电池》这本书的名字，让我一开始以为它是一本非常硬核的物理学或者工程学书籍。我平常的阅读习惯比较随性，有时候会沉浸在文学的世界里，有时候也会对一些新奇的科技产生好奇。我最怕的就是那种一看就让人头大的专业书籍，读起来一点意思都没有。但是，不知道为什么，《太阳电池》这本我还没看，就有一种莫名的吸引力。我猜想，作者可能是在用一种非常接地气的方式来解读太阳电池这个概念，或许会从我们日常生活中常见的太阳能热水器、太阳能路灯这些小物件入手，然后慢慢展开，带我们走进更深层次的科学世界。我希望这本书能够教会我一些关于太阳电池的知识，但更重要的是，它能让我感受到科学的魅力，以及科技如何改变我们的生活。我喜欢那种能够拓宽我视野，让我对世界有更深一层理解的书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就挺吸引人的，那种暖暖的黄色和蓝色渐变，让人立刻联想到阳光和天空，非常符合“太阳电池”这个主题。我拿到书的时候，还没来得及细看内容，只是凭着感觉就觉得这应该是一本能让人感受到能量和希望的书。我一直对一些关于自然科学的科普读物很感兴趣，特别是那些能把复杂概念讲得通俗易懂的。我平常看书的习惯是，如果一本书的开头就让我觉得枯燥乏味，我可能就很难继续读下去。但是《太阳电池》这本书，虽然我还没读，但光是封面和书名，就给我一种很舒服、很期待的感觉。我猜想里面应该会讲到太阳能是如何被我们利用的，可能还会涉及一些关于环保和可持续发展的理念。我希望这本书不是那种死板的教科书，而是能用生动有趣的方式，带我们去了解太阳的能量，以及它在我们生活中的重要性。我特别喜欢那种能让我产生共鸣，引发思考的文字，希望这本书能做到这一点。