本书致力于系统构建光电子学的核心知识框架，贯通从固体能带理论到现代光电器件的完整知识链条。内容不仅深入剖析布洛赫定理、载流子输运、光电转换等基础理论，更重点围绕发光、激光、光伏及光电探测四大领域，通过量子阱、异质结、有机无机杂化钙钛矿等前沿器件案例，揭示其物理本质与设计逻辑。本书编写强调理论深度与工程视野的融合，通过生动的物理图像、数学模型与性能参数关联，旨在培养学生解决复杂工程问题的综合分析能力。

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SmartMat 青年编委，物理化学学报 青年编委

目录
前言
第1章 固体能带理论与半导体器件基础 1
1.1 引言 1
1.2 晶体材料的结构 2
1.3 晶体的结合 5
1.3.1 金属键 5
1.3.2 离子键 6
1.3.3 共价键 7
1.3.4 范德瓦耳斯力 8
1.3.5 氢键 9
1.4 倒格子与倒易空间 10
1.5 布洛赫定理 12
1.6 一维周期性势场中的电子 16
1.6.1 禁带和允带 19
1.6.2 能带 22
1.7 紧束缚近似 25
1.8 导体、绝缘体和半导体 33
1.9 有效质量 37
1.10 本征半导体 41
1.10.1 本征半导体的载流子浓度 41
1.10.2 本征半导体的费米能级 47
1.11 非本征半导体 48
1.11.1 非本征半导体的载流子浓度 48
1.11.2 非本征半导体的费米能级 51
1.11.3 准费米能级 55
1.12 pn结原理 57
1.12.1 金属-金属结 57
1.12.2 pn结中的电流 59
1.13 异质结结构及能带图 67
1.14 量子阱和超晶格 70
1.14.1 量子阱 70
1.14.2 超晶格 72
参考文献 73
第2章 发光二极管 74
2.1 半导体的发光机制 74
2.1.1 辐射复合 74
2.1.2 非辐射复合 78
2.2 跃迁过程 78
2.3 半导体发光材料 79
2.3.1 红光半导体材料 80
2.3.2 蓝/绿光半导体材料 81
2.3.3 红外光半导体材料 82
2.4 半导体LED的工作原理 82
2.4.1 电子-空穴对的辐射复合 83
2.4.2 半导体的非辐射复合 86
2.5 半导体 LED的基本结构 87
2.6 LED的电学特性 88
2.7 半导体LED的光学性质 91
2.7.1 LED中的辐射跃迁 91
2.7.2 P-I特性和光发射效率 91
2.7.3 LED的出射光谱 93
2.8 温度对LED的影响 95
2.8.1 温度对峰值波长的影响 95
2.8.2 温度对工作电压的影响 97
2.8.3 温度对发光强度的影响 97
2.9 提高内量子效率 98
2.9.1 提高发光性复合概率 98
2.9.2 降低非发光复合效率 100
2.10 提高光溢出效率 102
2.10.1 电流模式 102
2.10.2 可提高光溢出效率的结构 103
参考文献 113
第3章 受激辐射器件——激光器 114
3.1 激光器概述 114
3.2 激光器基本原理和三个基本条件 116
3.2.1 自发辐射和受激辐射 116
3.2.2 粒子数反转和受激辐射放大 118
3.3 激光器的基本特性 121
3.3.1 受激辐射截面 121
3.3.2 光增益因子和阈值增益因子 g_th 123
3.3.3 输出功率和光子寿命 126
3.3.4 相位条件和激光模式 128
3.4 半导体激光器 130
3.4.1 半导体激光器基本原理 130
3.4.2 异质结半导体激光器 134
3.4.3 量子阱激光器 138
3.4.4 激光二极管的基本特性 141
3.5 激光的调制 147
3.5.1 调Q模式 147
3.5.2 锁模模式 150
参考文献 152
第4章 太阳能电池 153
4.1 太阳能电池概述 153
4.2 太阳辐照光谱 156
4.3 太阳能电池原理 159
4.3.1 光子吸收 159
4.3.2 电荷传输与收集 163
4.3.3 电荷复合 167
4.4 等效电路 169
4.5 太阳能电池的基本性能指标 171
4.5.1 电流-电压特性 171
4.5.2 光谱响应特性 172
4.5.3 辐照度的影响 173
4.5.4 温度的影响 174
4.5.5 太阳能电池极限效率 174
4.6 太阳能电池器件结构 178
4.6.1 单晶硅太阳能电池 179
4.6.2 薄膜太阳能电池 180
4.6.3 染料敏化太阳能电池 181
4.6.4 钙钛矿太阳能电池 182
4.6.5 叠层太阳能电池 183
参考文献 185
第5章 光电探测器 186
5.1 光电探测器概述 187
5.1.1 几种类型的光电探测器 187
5.1.2 光电探测器原理 188
5.1.3 光电探测器的工作模式 189
5.1.4 载流子数目与外光生电流 192
5.2 光电探测器材料 193
5.2.1 材料的截止波长 193
5.2.2 半导体对光的吸收 194
5.2.3 光电探测器材料的选择 196
5.3 光电探测器的基本性能指标 196
5.3.1 量子效率 197
5.3.2 响应度(灵敏度) 197
5.3.3 响应速度和响应带宽 198
5.3.4 暗电流、噪声等效功率和探测率 200
5.3.5 稳定性 203
5.4 几种类型的光伏探测器 203
5.4.1 pin结光电二极管 203
5.4.2 雪崩二极管 206
5.4.3 异质结光电二极管 209
5.4.4 肖特基结光电二极管 212
5.5 其他类型的光电探测器 213
5.5.1 光电导探测器 213
5.5.2 光电倍增管 214
参考文献 216