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第1章 太阳能电池和太阳光1

1.1 引言1

1.2 太阳能电池发展概况1

1.3 阳光的物理来源1

1.4 太阳常数3

1.5 地球表面的日照强度3

1.6 直接辐射和漫射辐射4

1.7 太阳的视运动6

1.8 日照数据6

1.9 小结8

习题8

参考文献8

第2章 半导体的特性10

2.1 引言10

2.2 晶体结构和取向10

2.3 禁带宽度12

2.4 允许能态的占有几率12

2.5 电子和空穴14

2.6 电子和空穴的动力学14

2.7 允许态的能量密度16

2.8 电子和空穴的密度16

2.9 Ⅳ族半导体的键模型17

2.10 Ⅲ族和Ⅴ族掺杂剂18

2.11 载流子浓度19

2.12 掺杂半导体中费米能级的位置20

2.13 其他类型杂质的影响21

2.14 载流子的传输21

2.14.1 漂移21

2.14.2 扩散23

2.15 小结24

习题24

参考文献25

第3章 产生、复合及器件物理学的基本方程26

3.1 引言26

3.2 光与半导体的相互作用26

3.3 光的吸收27

3.3.1 直接带隙半导体27

3.3.2 间接带隙半导体28

3.3.3 其他吸收过程31

3.4 复合过程32

3.4.1 从弛豫到平衡32

3.4.2 辐射复合32

3.4.3 俄歇复合33

3.4.4 经由陷阱的复合34

3.4.5 表面复合35

3.5 半导体器件物理学的基本方程35

3.5.1 引言35

3.5.2 泊松方程35

3.5.3 电流密度方程36

3.5.4 连续性方程36

3.5.5 方程组37

3.6 小结37

习题38

参考文献38

第4章 p-n结二极管40

4.1 引言40

4.2 p-n结的静电学40

4.3 结电容43

4.4 载流子注入44

4.5 准中性区内的扩散流45

4.6 暗特性46

4.6.1 准中性区中的少数载流子46

4.6.2 少数载流子电流47

4.7 光照特性49

4.8 太阳能电池的输出参数50

4.9 有限电池尺寸对I0的影响51

4.10 小结52

习题53

参考文献53

第5章 效率的极限、损失和测量54

5.1 引言54

5.2 效率的极限54

5.2.1 概要54

5.2.2 短路电流54

5.2.3 开路电压和效率54

5.2.4 黑体电池的效率极限57

5.3 温度的影响57

5.4 效率损失58

5.4.1 概要58

5.4.2 短路电流损失58

5.4.3 开路电压损失59

5.4.4 填充因子损失60

5.5 效率测量62

5.6 小结63

习题64

参考文献64

第6章 标准硅太阳能电池工艺66

6.1 引言66

6.2 由砂还原为冶金级硅67

6.3 冶金级硅提纯为半导体级硅68

6.4 半导体级多晶硅转变为单晶硅片69

6.5 单晶硅片制成太阳能电池70

6.6 太阳能电池封装成太阳能电池组件71

6.6.1 组件结构71

6.6.2 电池的工作温度72

6.6.3 组件的耐久性73

6.6.4 组件电路设计74

6.7 能量收支结算75

6.8 小结76

习题76

参考文献76

第7章 硅电池工艺的改进78

7.1 引言78

7.2 太阳能电池级硅78

7.3 硅片79

7.3.1 硅片的要求79

7.3.2 铸锭工艺79

7.3.3 带状硅80

7.4 电池的制造和互联82

7.5 候选工厂的分析84

7.6 小结87

习题87

参考文献87

第8章 硅太阳能电池的设计90

8.1 引言90

8.2 主要考量90

8.2.1 光生载流子的收集几率90

8.2.2 结深93

8.2.3 顶层的横向电阻94

8.3 衬底的掺杂95

8.4 背面场97

8.5 顶层的限制97

8.5.1 死层97

8.5.2 高掺杂效应98

8.5.3 对饱和电流密度的影响99

8.6 上电极的设计99

8.7 光学设计104

8.7.1 减反射膜104

8.7.2 绒面106

8.8 光谱响应107

8.9 小结108

习题108

参考文献109

第9章 其他器件结构110

9.1 引言110

9.2 同质结110

9.3 半导体异质结111

9.4 金属-半导体异质结113

9.5 实用的低电阻接触114

9.6 MIS太阳能电池114

9.7 光电化学电池117

9.7.1 半导体-液体异质结117

9.7.2 电化学光伏电池117

9.7.3 光电解电池118

9.8 小结118

习题118

参考文献119

第10章 其他半导体121

10.1 引言121

10.2 多晶硅（pc-Si）121

10.3 非晶硅（a-Si）122

10.4 砷化镓太阳能电池124

10.4.1 GaAs的特性124

10.4.2 GaAs同质结125

10.4.3 Ga1-xAlxAs/GaAs异质面电池125

10.4.4 AlAs/GaAs异质结125

10.5 Cu2S/CdS太阳能电池126

10.5.1 电池结构126

10.5.2 工作特性127

10.5.3 Cu2S/CdS电池的优缺点128

10.6 小结129

习题129

参考文献129

第11章 聚光型系统132

11.1 引言132

11.2 理想聚光器132

11.3 固定式和定期调整式聚光器133

11.4 跟踪式聚光器134

11.5 聚光电池的设计136

11.6 超高效率系统138

11.6.1 概要138

11.6.2 多带隙电池138

11.6.3 热光伏转换141

11.7 小结142

习题142

参考文献142

第12章 光伏系统的组成与应用144

12.1 引言144

12.2 能量的储存144

12.2.1 电化学电池144

12.2.2 大容量储能方法145

12.3 功率调节装置146

12.4 光伏应用147

12.5 小结147

习题148

参考文献148

第13章 独立光伏系统的设计149

13.1 引言149

13.2 太阳能电池组件的性能149

13.3 蓄电池性能150

13.3.1 性能要求150

13.3.2 铅-酸蓄电池组150

13.3.3 镍-镉蓄电池组152

13.4 功率控制152

13.5 系统规模的制定154

13.6 光伏水泵159

13.7 小结160

习题160

参考文献160

第14章 住宅用和集中型光伏电力系统161

14.1 引言161

14.2 住宅用系统161

14.2.1 储能方式的选择161

14.2.2 组件的安装162

14.2.3 供热163

14.2.4 系统的布局164

14.2.5 示范项目165

14.3 集中型发电站166

14.3.1 一般考虑166

14.3.2 运转模式167

14.3.3 卫星太阳能电站169

14.4 小结169

参考文献170

附录A 物理常数172

附录B 硅的部分特性（300k时）173

附录C 符号一览表174

索引177