太阳能电池科学与技术

目录丛书序 前言第1章 绪论 1 1.1 能源经济问题 1 1.1.1 能源的定义与分类 1 1.1.2 能源的重要性和作用 1 1.1.3 我国的能源消费结构转型 2 1.1.4 不可再生能源 2 1.1.5 可再生能源 3 1.1.6 能源转型与可持续发展 5 1.2 太阳能与光伏发电 5 1.2.1 太阳能 6 1.2.2 光伏发电 6 1.2.3 我国光伏产业的现状 7 思考题 9 第2章 半导体物理基础 10 2.1 概述 10 2.1.1 半导体的定义 10 2.1.2 半导体技术的发展历程 10 2.1.3 半导体器件在光伏发电领域中的应用 14 2.2 半导体材料的晶体结构和电子状态 16 2.2.1 半导体材料典型的晶体结构 17 2.2.2 半导体材料的电子状态 19 2.3 杂质和缺陷在半导体中的作用 21 2.3.1 施主杂质和施主能级 21 2.3.2 受主杂质和受主能级 22 2.3.3 杂质的补偿作用 23 2.3.4 深能级杂质 24 2.3.5 缺陷及其能级 25 2.4 平衡载流子 27 2.4.1 状态密度 27 2.4.2 费米能级和电子的统计分布 28 2.4.3 费米能级和玻尔兹曼分布 30 2.4.4 非简并半导体中的载流子浓度 30 2.4.5 本征半导体的载流子浓度 31 2.4.6 杂质半导体中的载流子浓度 32 2.5 非平衡载流子 33 2.5.1 非平衡载流子的注入与复合 33 2.5.2 非平衡载流子的寿命 35 2.5.3 准费米能级 36 2.5.4 额外载流子的运动 36 2.5.5 载流子的漂移运动 37 2.5.6 载流子的扩散运动 40 2.5.7 总电流密度 41 2.6 半导体中的 PN结 42 2.6.1 半导体中 PN结的基本结构 42 2.6.2 零偏压下的 PN结 43 2.6.3 正向偏压：PN结的载流子注入 47 2.6.4 反向偏压：PN结载流子的反向抽取 50 2.6.5 PN结空间电荷区的复合电流 52 2.6.6 半导体中的金属-半导体接触 54 思考题 58 第3章 太阳能电池基础 59 3.1 光生伏特效应 59 3.1.1 光伏效应概述 60 3.1.2 简单太阳能电池器件模型 63 3.1.3 太阳能电池中的光电过程与机制 65 3.2 太阳能电池工作原理 71 3.2.1 同质结太阳能电池 73 3.2.2 肖克莱-奎伊瑟极限 77 3.3 太阳能电池的电流 -电压特性 83 3.3.1 暗电流特性 84 3.3.2 电势诱导衰减效应对太阳能电池漏电流及发热的影响 86 3.3.3 太阳能电池的光学损失与复合损失 87 3.4 太阳能电池的性能表征 92 3.4.1 能量转换效率 92 3.4.2 量子效率 97 思考题 99 第4章 硅基太阳能电池 100 4.1 单晶硅太阳能电池 100 4.1.1 单晶硅太阳能电池的结构和特点 100 4.1.2 单晶硅太阳能电池的制备工艺 101 4.2 多晶硅太阳能电池 105 4.2.1 多晶硅太阳能电池的结构和特点 105 4.2.2 多晶硅太阳能电池的制备工艺 106 4.3 非晶硅太阳能电池 110 4.3.1 非晶硅太阳能电池的结构和特点 111 4.3.2 非晶硅太阳能电池的制备工艺 114 4.4 微晶硅太阳能电池 115 4.4.1 微晶硅太阳能电池的结构和特点 115 4.4.2 微晶硅太阳能电池的制备工艺 116 4.5 硅基太阳能电池的性能优化 117 4.5.1 薄膜沉积过程优化 117 4.5.2 光吸收增强技术 119 4.5.3 钝化与掺杂 120 4.5.4 器件结构优化 121 4.5.5 硅基太阳能电池组件 123 思考题 124 第5章 新型薄膜太阳能电池 125 5.1 碲化镉薄膜太阳能电池 125 5.1.1 碲化镉薄膜太阳能电池的发展历史 125 5.1.2 碲化镉薄膜太阳能电池的基本结构 128 5.1.3 碲化镉薄膜太阳能电池的技术发展趋势 136 5.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 137 5.2.1 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展历史 137 5.2.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的基本结构 139 5.2.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的技术发展趋势 143 5.3 染料敏化太阳能电池 143 5.3.1 染料敏化太阳能电池的发展历史 144 5.3.2 染料敏化太阳能电池的基本结构 145 5.3.3 染料敏化太阳能电池的技术发展趋势 147 5.4 有机太阳能电池 151 5.4.1 有机太阳能电池的发展历史 152 5.4.2 有机太阳能电池的基本结构 153 5.4.3 有机太阳能电池的技术发展趋势 160 5.5 钙钛矿太阳能电池 160 5.5.1 钙钛矿太阳能电池的基本结构 162 5.5.2 钙钛矿太阳能电池的技术发展趋势 166 5.6 砷化镓太阳能电池 168 5.6.1 砷化镓太阳能电池的发展历史 169 5.6.2 砷化镓太阳能电池的基本结构 170 5.6.3 砷化镓太阳能电池的技术发展趋势 172 思考题 173 第6章 太阳能电池效率的提升途径 174 6.1 表面制绒和减反 174 6.1.1 表面制绒和减反概述 174 6.1.2 表面制绒 174 6.1.3 透过减反 176 6.1.4 表面制绒的材料和结构工程 177 6.1.5 减反膜的材料和工艺改进 178 6.1.6 实际应用与发展前景 178 6.2 聚光器电池 179 6.2.1 聚光器电池概述 179 6.2.2 聚光器电池的组成和工作原理 179 6.2.3 聚光器电池的发展历程 180 6.2.4 聚光器电池的优点 181 6.2.5 聚光器电池的应用领域 182 6.2.6 聚光器电池的挑战与未来展望 183 6.3 串联电池 184 6.3.1 钙钛矿/硅串联太阳能电池 184 6.3.2 硅/ⅢA-ⅤA族半导体太阳能电池 187 6.3.3 有机串联太阳能电池 188 6.4 太阳能光伏的温差发电技术——热伏能量转换 189 6.4.1 热光伏电池与热辐射电池 190 6.4.2 太阳能热辐射光伏系统能量传递过程 192 6.4.3 太阳能热辐射光伏系统能量转换效率 195 思考题 196 第7章 太阳能电池的应用与检测 197 7.1 太阳能电池的应用 197 7.1.1 太阳能光伏发电系统 198 7.1.2 太阳能电池的民间应用 199 7.1.3 太空用太阳能电池技术 205 7.2 太阳能电池失效原因 211 7.2.1 硅太阳能电池 211 7.2.2 化合物薄膜太阳能电池 212 7.2.3 有机太阳能电池 214 7.2.4 钙钛矿太阳能电池 215 7.2.5 太阳能电池组件输出功率的影响因素 217 7.3 太阳能电池分析检测方法 219 7.3.1 太阳能电池光学特性分析 220 7.3.2 太阳能电池电学特性分析 223 7.3.3 太阳能电池的认证与相关标准 227 7.4 总结与展望229 思考题 230 参考文献 231