《太陽能電池基礎與應用》從社會發(fā)展和生態(tài)保護以及能源需求角度出發(fā)，闡述光伏利用太陽能的必然性與重要性;講述半導體基礎理論及光伏電池的基本原理。結合該領域的進展，既全面深入地介紹了常規(guī)晶體硅電池、III-V族化合物電池，同時又對CIGS電池、CdTe電池、硅基薄膜電池、染料敏化電池、有機電池等各種不同薄膜電池的光伏材料、電池結構及其工藝特色和技術發(fā)展予以詳細闡述。除敘述光伏應用電力系統(tǒng)、常規(guī)應用及應用示例外，還從發(fā)展角度講述了微電子學在未來能源領域中開發(fā)應用的途徑。*后對更高效率光伏電池的新概念進行了綜合的介紹與展望。
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目錄
序言
前言
第1章 光伏發(fā)電：人類能源的希望 1
1.1 光伏是創(chuàng)造社會發(fā)展與能源需求平衡的*佳能源形式 1
1.1.1 能源是當今社會發(fā)展水平的標志 1
1.1.2 社會進步要求新能源 2
1.1.3 太陽能是未來能源的主力之一 6
1.2 光伏發(fā)電歷史與現(xiàn)狀 13
1.2.1 光伏里程中的重大事件 13
1.2.2 光伏發(fā)展歷史的啟示——尋找新材料，開發(fā)新技術，開拓新領域 18
參考文獻 40
第2章 光伏原理基礎 43
2.1 半導體基礎 43
2.1.1 半導體材料結構與表征 43
2.1.2 半導體中電子態(tài)與能帶結構 46
2.1.3 半導體中的雜質(zhì)與缺陷 53
2.1.4 平衡態(tài)載流子分布 54
2.1.5 半導體光吸收 58
2.1.6 非平衡載流子產(chǎn)生與復合 63
2.1.7 載流子輸運性質(zhì) 71
2.2 半導體pn結基礎 75
2.2.1 熱平衡的pn結 76
2.2.2 pn結伏安特性 79
2.2.3 pn結電容 86
2.2.4 異質(zhì)結 87
2.3 太陽電池基礎 92
2.3.1 光生伏特效應 92
2.3.2 太陽電池電流-電壓特性分析 92
2.3.3 太陽電池性能表征 97
2.3.4 量子效率譜 99
2.3.5 太陽電池效率分析 102
2.3.6 太陽電池效率損失分析 109
2.3.7 p-i-n結電池 110
2.4 太陽電池器件模擬 112
2.4.1 器件模擬的意義 112
2.4.2 硅基薄膜電池的電學模型 114
2.4.3 硅基薄膜電池的光學模擬 119
2.4.4 模擬計算示例 125
參考文獻 132
第3章 晶體硅太陽電池 136
3.1 晶體硅太陽電池技術的發(fā)展 136
3.1.1 簡介 136
3.1.2 早期的硅太陽電池 136
3.1.3 傳統(tǒng)的空間電池 138
3.1.4 背面場 139
3.1.5 紫電池 140
3.1.6 “黑體電池” 141
3.1.7 表面鈍化 143
3.1.8 PERL電池設計 149
3.1.9 總結 153
3.2 高效電池的產(chǎn)業(yè)化 154
3.2.1 介紹 154
3.2.2 絲網(wǎng)印刷電池 154
3.2.3 掩埋柵太陽電池 157
3.2.4 高效背面點接觸電極電池 160
3.2.5 HIT電池 164
3.2.6 Pluto電池 172
參考文獻 181
第4章 高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池 186
4.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物材料及太陽電池的特點 188
4.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池的制備方法 193
4.2.1 液相外延技術 193
4.2.2 金屬有機化學氣相沉積技術 194
4.2.3 分子束外延技術 195
4.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池的發(fā)展歷史 196
4.3.1 GaAs基系單結太陽電池 196
4.3.2 GaAs基系多結疊層太陽電池 201
4.3.3 Ⅲ-Ⅴ族聚光太陽電池 211
4.3.4 薄膜型Ⅲ-Ⅴ族太陽電池 214
4.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池的研究熱點 216
4.4.1 更多結（三結以上）疊層電池的研究 216
4.4.2 Ⅲ-Ⅴ族量子阱、量子點太陽電池 219
4.4.3 熱光伏電池 223
4.4.4 分光譜太陽電池的研究 224
4.4.5 其他類型新概念太陽電池 225
參考文獻 226
第5章 硅基薄膜太陽電池 230
5.1 引言 230
5.2 硅基薄膜物理基礎及其材料特性 231
5.2.1 硅基薄膜材料的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 231
5.2.2 非晶硅基薄膜材料的結構和電子態(tài) 232
5.2.3 非晶硅基薄膜材料的電學特性 237
5.2.4 非晶硅基薄膜材料的光學特性 240
5.2.5 非晶硅基薄膜材料的光致變化 247
5.2.6 非晶硅碳和硅鍺合金薄膜材料 251
5.2.7 微晶硅及納米硅薄膜材料 252
5.3 非晶硅基薄膜材料制備方法和沉積動力學 261
5.3.1 非晶硅基薄膜材料制備方法 261
5.3.2 硅基薄膜材料制備過程中的反應動力學 282
5.3.3 硅基薄膜材料的優(yōu)化 287
5.4 硅基薄膜太陽電池結構及工作原理 299
5.4.1 單結硅基薄膜太陽電池的結構及工作原理 299
5.4.2 多結硅基薄膜太陽電池的結構及工作原理 311
5.4.3 硅薄膜太陽電池的計算機模擬 320
5.5 硅基薄膜太陽電池制備技術及產(chǎn)業(yè)化 322
5.5.1 以玻璃為襯底的硅基薄膜太陽電池制備技術 322
5.5.2 柔性襯底，卷-到-卷非晶硅基薄膜太陽電池制備技術 327
5.6 硅基薄膜太陽電池的產(chǎn)業(yè)化：現(xiàn)狀、發(fā)展方向以及未來的展望 333
5.6.1 非晶硅基薄膜太陽電池的優(yōu)勢 334
5.6.2 硅基薄膜太陽電池所面臨的挑戰(zhàn) 335
5.6.3 硅基薄膜太陽電池的發(fā)展方向 335
參考文獻 337
第6章 銅銦鎵硒薄膜太陽電池 344
6.1 CIGS薄膜太陽電池發(fā)展史 344
6.2 CIGS薄膜太陽電池吸收層材料 349
6.2.1 CIGS薄膜的制備方法 349
6.2.2 CIGS薄膜材料特性 357
6.3 CIGS薄膜太陽電池的典型結構 366
6.3.1 Mo背接觸層 366
6.3.2 CdS緩沖層 367
6.3.3 氧化鋅（ZnO）窗口層 369
6.3.4 頂電極和減反膜 369
6.3.5 CIGS薄膜光伏組件 370
6.4 CIGS薄膜太陽電池的器件性能 371
6.4.1 CIGS薄膜太陽電池的電流-電壓方程和輸出特性*線 371
6.4.2 CIGS薄膜太陽電池的量子效率 374
6.4.3 CIGS薄膜太陽電池的弱光特性 376
6.4.4 CIGS薄膜太陽電池的溫度特性 379
6.4.5 CIGS薄膜太陽電池的抗輻照能力 383
6.4.6 CIGS薄膜電池的穩(wěn)定性 385
6.5 CIGS薄膜太陽電池的異質(zhì)結特性 388
6.5.1 CIGS薄膜太陽電池異質(zhì)結能帶圖 388
6.5.2 能帶邊失調(diào)值 390
6.5.3 貧Cu的CIGS表面層 392
6.6 柔性襯底CIGS薄膜太陽電池 392
6.6.1 柔性襯底CIGS薄膜太陽電池的性能特點 392
6.6.2 柔性金屬襯底CIGS太陽電池 394
6.6.3 聚合物襯底CIGS薄膜電池 396
6.6.4 CIGS柔性光伏組件 397
6.7 CIGS薄膜太陽電池的發(fā)展動向 397
6.7.1 無Cd緩沖層 398
6.7.2 其他Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半導體材料 399
6.7.3 疊層電池 401
參考文獻 402
第7章 染料敏化太陽電池 408
7.1 引言 408
7.1.1 染料敏化太陽電池的發(fā)展歷史 408
7.1.2 染料敏化太陽電池的結構和組成 410
7.1.3 染料敏化太陽電池的工作原理 412
7.2 染料敏化太陽電池及材料 413
7.2.1 襯底材料 413
7.2.2 納米半導體材料 414
7.2.3 染料光敏化劑 420
7.2.4 電解質(zhì) 425
7.2.5 對電極 432
7.3 有機聚合物太陽電池 432
7.3.1 器件結構和工作原理 434
7.3.2 給體光伏材料 436
7.3.3 受體材料 439
7.4 染料敏化太陽電池性能 441
7.4.1 電化學性能 441
7.4.2 光伏性能 446
7.5 染料敏化太陽電池未來的發(fā)展 453
參考文獻 455
第8章 光伏器件的測試與應用 463
8.1 光伏器件的測試 463
8.1.1 太陽常數(shù)和大氣質(zhì)量 463
8.1.2 標準測試條件和標準太陽電池 465
8.1.3 光伏器件的基本測量 467
8.1.4 多結疊層太陽電池的測試 475
8.2 光伏發(fā)電技術及應用 478
8.2.1 太陽能輻射資源 478
8.2.2 光伏系統(tǒng)的工作原理、技術性能及電子學問題 488
8.2.3 光伏發(fā)電應用 533
8.2.4 光伏發(fā)電應用系統(tǒng)的設計 542
參考文獻 567
第9章 高效電池新概念 569
9.1 引言 569
9.2 Shockley-Queisser光伏轉(zhuǎn)換效率理論極限 571
9.2.1 黑體輻射 572
9.2.2 細致平衡原理 574
9.2.3 理想光伏電池的轉(zhuǎn)換效率 577
9.3 多結太陽電池 584
9.4 熱載流子太陽電池 591
9.4.1 光生載流子熱弛豫過程 591
9.4.2 熱載流子太陽電池的理論效率極限 593
9.4.3 熱載流子太陽電池的實驗研究與進展 596
9.5 碰撞電離太陽電池 598
9.5.1 碰撞電離基本概念 598
9.5.2 碰撞電離太陽電池極限效率 599
9.5.3 碰撞電離電池的實驗研究 601
9.6 中間帶及多能帶太陽電池 602
9.7 熱光電及熱光子轉(zhuǎn)換器 608
9.7.1 熱光伏電池 608
9.7.2 熱光子轉(zhuǎn)換器 610
9.8 小結 611
參考文獻 613
附錄 617
附錄A 標準AM1.5太陽光譜輻照度數(shù)據(jù) 617
附錄B 鉛酸蓄電池的分類、命名和表征 621
B.1 鉛酸蓄電池的分類 621
B.2 蓄電池的命名方法、型號組成及其代表意義 621
B.3 電池的表征參量 622
附錄C 典型的單片機及外圍電路 623
C.1 CPU、EEPROM、RAM、I/O單片微處理器 623
C.2 LCD液晶顯示器 624
C.3 自定義4×4矩陣鍵盤 624
C.4 RS232異步串行通信接口 624
C.5 多路模擬開關和串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器 624
附錄D 脈寬調(diào)制方波逆變器產(chǎn)品實例 625
D.1 概述 625
D.2 技術指標 625
D.3 方波逆變器的電路結構和工作原理 625
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