目錄
叢書序
前言
第1章 緒論 1
1.1 能源經(jīng)濟問題 1
1.1.1 能源的定義與分類 1
1.1.2 能源的重要性和作用 1
1.1.3 我國的能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型 2
1.1.4 不可再生能源 2
1.1.5 可再生能源 3
1.1.6 能源轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展 5
1.2 太陽能與光伏發(fā)電 5
1.2.1 太陽能 6
1.2.2 光伏發(fā)電 6
1.2.3 我國光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 7 思考題 9
第2章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 10
2.1 概述 10
2.1.1 半導(dǎo)體的定義 10
2.1.2 半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展歷程 10
2.1.3 半導(dǎo)體器件在光伏發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用 14
2.2 半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài) 16
2.2.1 半導(dǎo)體材料典型的晶體結(jié)構(gòu) 17
2.2.2 半導(dǎo)體材料的電子狀態(tài) 19
2.3 雜質(zhì)和缺陷在半導(dǎo)體中的作用 21
2.3.1 施主雜質(zhì)和施主能級 21
2.3.2 受主雜質(zhì)和受主能級 22
2.3.3 雜質(zhì)的補償作用 23
2.3.4 深能級雜質(zhì) 24
2.3.5 缺陷及其能級 25
2.4 平衡載流子 27
2.4.1 狀態(tài)密度 27
2.4.2 費米能級和電子的統(tǒng)計分布 28
2.4.3 費米能級和玻爾茲曼分布 30
2.4.4 非簡并半導(dǎo)體中的載流子濃度 30
2.4.5 本征半導(dǎo)體的載流子濃度 31
2.4.6 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度 32
2.5 非平衡載流子 33
2.5.1 非平衡載流子的注入與復(fù)合 33
2.5.2 非平衡載流子的壽命 35
2.5.3 準(zhǔn)費米能級 36
2.5.4 額外載流子的運動 36
2.5.5 載流子的漂移運動 37
2.5.6 載流子的擴散運動 40
2.5.7 總電流密度 41
2.6 半導(dǎo)體中的 PN結(jié) 42
2.6.1 半導(dǎo)體中 PN結(jié)的基本結(jié)構(gòu) 42
2.6.2 零偏壓下的 PN結(jié) 43
2.6.3 正向偏壓：PN結(jié)的載流子注入 47
2.6.4 反向偏壓：PN結(jié)載流子的反向抽取 50
2.6.5 PN結(jié)空間電荷區(qū)的復(fù)合電流 52
2.6.6 半導(dǎo)體中的金屬-半導(dǎo)體接觸 54
思考題 58
第3章 太陽能電池基礎(chǔ) 59
3.1 光生伏特效應(yīng) 59
3.1.1 光伏效應(yīng)概述 60
3.1.2 簡單太陽能電池器件模型 63
3.1.3 太陽能電池中的光電過程與機制 65
3.2 太陽能電池工作原理 71
3.2.1 同質(zhì)結(jié)太陽能電池 73
3.2.2 肖克萊-奎伊瑟極限 77
3.3 太陽能電池的電流 -電壓特性 83
3.3.1 暗電流特性 84
3.3.2 電勢誘導(dǎo)衰減效應(yīng)對太陽能電池漏電流及發(fā)熱的影響 86
3.3.3 太陽能電池的光學(xué)損失與復(fù)合損失 87
3.4 太陽能電池的性能表征 92
3.4.1 能量轉(zhuǎn)換效率 92
3.4.2 量子效率 97 思考題 99
第4章 硅基太陽能電池 100
4.1 單晶硅太陽能電池 100
4.1.1 單晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和特點 100
4.1.2 單晶硅太陽能電池的制備工藝 101
4.2 多晶硅太陽能電池 105
4.2.1 多晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和特點 105
4.2.2 多晶硅太陽能電池的制備工藝 106
4.3 非晶硅太陽能電池 110
4.3.1 非晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和特點 111
4.3.2 非晶硅太陽能電池的制備工藝 114
4.4 微晶硅太陽能電池 115
4.4.1 微晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和特點 115
4.4.2 微晶硅太陽能電池的制備工藝 116
4.5 硅基太陽能電池的性能優(yōu)化 117
4.5.1 薄膜沉積過程優(yōu)化 117
4.5.2 光吸收增強技術(shù) 119
4.5.3 鈍化與摻雜 120
4.5.4 器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化 121
4.5.5 硅基太陽能電池組件 123
思考題 124
第5章 新型薄膜太陽能電池 125
5.1 碲化鎘薄膜太陽能電池 125
5.1.1 碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展歷史 125
5.1.2 碲化鎘薄膜太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 128
5.1.3 碲化鎘薄膜太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 136
5.2 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池 137
5.2.1 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的發(fā)展歷史 137
5.2.2 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 139
5.2.3 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 143
5.3 染料敏化太陽能電池 143
5.3.1 染料敏化太陽能電池的發(fā)展歷史 144
5.3.2 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 145
5.3.3 染料敏化太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 147
5.4 有機太陽能電池 151
5.4.1 有機太陽能電池的發(fā)展歷史 152
5.4.2 有機太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 153
5.4.3 有機太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 160
5.5 鈣鈦礦太陽能電池 160
5.5.1 鈣鈦礦太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 162
5.5.2 鈣鈦礦太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 166
5.6 砷化鎵太陽能電池 168
5.6.1 砷化鎵太陽能電池的發(fā)展歷史 169
5.6.2 砷化鎵太陽能電池的基本結(jié)構(gòu) 170
5.6.3 砷化鎵太陽能電池的技術(shù)發(fā)展趨勢 172
思考題 173
第6章 太陽能電池效率的提升途徑 174
6.1 表面制絨和減反 174
6.1.1 表面制絨和減反概述 174
6.1.2 表面制絨 174
6.1.3 透過減反 176
6.1.4 表面制絨的材料和結(jié)構(gòu)工程 177
6.1.5 減反膜的材料和工藝改進(jìn) 178
6.1.6 實際應(yīng)用與發(fā)展前景 178
6.2 聚光器電池 179
6.2.1 聚光器電池概述 179
6.2.2 聚光器電池的組成和工作原理 179
6.2.3 聚光器電池的發(fā)展歷程 180
6.2.4 聚光器電池的優(yōu)點 181
6.2.5 聚光器電池的應(yīng)用領(lǐng)域 182
6.2.6 聚光器電池的挑戰(zhàn)與未來展望 183
6.3 串聯(lián)電池 184
6.3.1 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池 184
6.3.2 硅/ⅢA-ⅤA族半導(dǎo)體太陽能電池 187
6.3.3 有機串聯(lián)太陽能電池 188
6.4 太陽能光伏的溫差發(fā)電技術(shù)——熱伏能量轉(zhuǎn)換 189
6.4.1 熱光伏電池與熱輻射電池 190
6.4.2 太陽能熱輻射光伏系統(tǒng)能量傳遞過程 192
6.4.3 太陽能熱輻射光伏系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率 195 思考題 196
第7章 太陽能電池的應(yīng)用與檢測 197
7.1 太陽能電池的應(yīng)用 197
7.1.1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 198
7.1.2 太陽能電池的民間應(yīng)用 199
7.1.3 太空用太陽能電池技術(shù) 205
7.2 太陽能電池失效原因 211
7.2.1 硅太陽能電池 211
7.2.2 化合物薄膜太陽能電池 212
7.2.3 有機太陽能電池 214
7.2.4 鈣鈦礦太陽能電池 215
7.2.5 太陽能電池組件輸出功率的影響因素 217
7.3 太陽能電池分析檢測方法 219
7.3.1 太陽能電池光學(xué)特性分析 220
7.3.2 太陽能電池電學(xué)特性分析 223
7.3.3 太陽能電池的認(rèn)證與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 227
7.4 總結(jié)與展望
229 思考題 230
參考文獻(xiàn) 231