太阳能电池物理PDF电子书下载

参数符号表 1

第1章 太阳能电池的特性 1

1.1 太阳能电池发展简史 1

1.2 光伏效应 3

1.3 电池片、组件和系统 4

1.4 太阳能电池的特性 5

1.4.1 伏安特性曲线 5

1.4.2 光生电流和量子效率 7

1.4.3 肖克莱方程和光生电压 8

1.4.4 填充因子和转换效率 10

1.4.5 求解最佳工作点 11

1.4.6 寄生电阻 15

1.4.7 理想因子 16

1.5 小结 16

参考文献 18

第2章 从光子到电流 19

2.1 概论 19

2.2 太阳辐射 19

2.3 太阳能的转换方式 24

2.4 精细平衡原理 26

2.4.1 黑暗中 26

2.4.2 光照下 27

2.5 电流 29

2.5.1 光生电流 29

2.5.2 暗电流 30

2.6 理论转换效率极限 32

2.7 太阳能电池的设计 35

2.8 小结 36

参考文献 37

第3章 载流子 38

3.1 概论 38

3.2 半导体 38

3.2.1 能带和晶格 38

3.2.2 电子和空穴 40

3.3 能带 41

3.3.1 薛定谔方程和布洛赫波 41

3.3.2 密勒指数和布里渊区 42

3.3.3 导带 43

3.3.4 价带 44

3.3.5 直接带隙和间接带隙 44

3.3.6 状态密度 45

3.3.7 激子 47

3.3.8 载流子浓度 48

3.3.9 载流子电流 49

3.4 热平衡状态 49

3.4.1 费米-狄拉克分布 49

3.4.2 热平衡状态的载流子浓度 50

3.4.3 麦克斯韦-玻尔兹曼分布 51

3.4.4 热平衡状态的电流 53

3.5 掺杂 53

3.5.1 本征半导体 53

3.5.2 n型半导体 54

3.5.3 p型半导体 55

3.5.4 重掺杂的简并半导体 57

3.5.5 缺陷 57

3.6 准热平衡状态 58

3.6.1 准热平衡状态的统计分布 58

3.6.2 准热平衡状态的载流子浓度 59

3.6.3 准热平衡状态的电流 60

3.7 漂移和扩散 62

3.7.1 漂移-扩散电流方程 62

3.7.2 漂移-扩散电流方程的适用范围 64

3.7.3 非晶硅在准热平衡状态的电流 65

3.8 小结 66

第4章 载流子的产生和复合 67

4.1 概论 67

4.2 半导体输运方程组：连续性方程和泊松方程 68

4.3 产生率和复合率 69

4.4 跃迁率 69

4.4.1 费米黄金规则 69

4.4.2 二能级系统 71

4.5 载流子的产生 72

4.5.1 吸收系数 73

4.5.2 声子的产生 75

4.5.3 离散偶极子近似 76

4.5.4 直接带隙半导体 77

4.5.5 间接带隙半导体 78

4.5.6 真实太阳能电池中载流子的产生 79

4.6 载流子的复合 81

4.6.1 载流子复合的分类 81

4.6.2 辐射复合 82

4.6.3 俄歇复合 88

4.6.4 陷阱复合 90

4.6.5 表面复合和晶界复合 93

4.7 一维稳态半导体输运方程组 95

4.8 小结 98

参考文献 99

第5章 半导体结 100

5.1 概论 100

5.2 载流子分离的机理 100

5.3 功函数 103

5.4 金属-半导体接触 104

5.4.1 肖特基接触 104

5.4.2 肖特基接触的特性 106

5.4.3 欧姆接触 108

5.5 半导体-半导体接触 109

5.5.1 p-n结 109

5.5.2 p-i-n结 110

5.5.3 异质结 111

5.6 半导体-电解质接触 112

5.7 体异质结 114

5.8 表面态和界面态 116

5.8.1 表面态 116

5.8.2 界面态 117

5.9 小结 119

参考文献 119

第6章 p-n结 121

6.1 概论 121

6.2 p-n结 121

6.2.1 p-n结的形成 121

6.2.2 近似条件 122

6.3 计算耗尽宽度 123

6.4 计算载流子浓度和电流 127

6.4.1 电中性区的载流子浓度和电流 127

6.4.2 空间电荷区的载流子浓度和电流 128

6.4.3 净电流 129

6.5 计算伏安特性 130

6.6 外加电压下的p-n结 136

6.7 光照下的p-n结 139

6.7.1 短路电流 139

6.7.2 量子效率 141

6.7.3 太阳能电池中的p-n结 143

6.8 影响p-n结特性的因素 144

6.8.1 寄生电阻的影响 144

6.8.2 辐照度的影响 144

6.8.3 温度的影响 145

6.8.4 高级半导体结 146

6.8.5 近似条件的适用范围 146

6.9 小结 147

参考文献 147

第7章 晶体硅太阳能电池 148

7.1 概论 148

7.2 材料和设计 148

7.2.1 半导体材料 148

7.2.2 p-n结的设计 149

7.3 硅的特性 150

7.3.1 光吸收的特性 150

7.3.2 掺杂的特性 151

7.3.3 载流子复合的特性 151

7.3.4 载流子输运的特性 153

7.4 生产工艺 154

7.5 设计的优化 158

7.5.1 优化的原则 158

7.5.2 光吸收的优化 159

7.5.3 表面复合的优化 160

7.5.4 串联电阻的优化 161

7.6 高转换效率的晶体硅太阳能电池 161

7.7 小结 163

参考文献 164

第8章 砷化镓太阳能电池 165

8.1 概论 165

8.2 砷化镓的特性 165

8.2.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料 165

8.2.2 砷化镓 167

8.2.3 掺杂的特性 168

8.2.4 载流子复合的特性 168

8.2.5 载流子输运的特性 169

8.2.6 反射的特性 170

8.3 砷化镓太阳能电池的设计 170

8.3.1 基本设计 170

8.3.2 优化的原则 170

8.3.3 前表面表面复合的优化 172

8.3.4 串联电阻的优化 173

8.3.5 衬底成本的优化 173

8.4 小结 173

参考文献 174

第9章 非晶硅薄膜太阳能电池 175

9.1 概论 175

9.2 薄膜太阳能电池材料 176

9.3 非晶硅的特性 178

9.3.1 非晶硅的优势 178

9.3.2 非晶硅的缺陷 178

9.3.3 光吸收的特性 179

9.3.4 掺杂的特性 179

9.3.5 载流子输运的特性 180

9.3.6 S-W效应 181

9.3.7 非晶硅的合金 181

9.4 非晶硅薄膜太阳能电池的设计 182

9.4.1 非晶硅的p-i-n结 182

9.4.2 p-i-n结的伏安特性 182

9.4.3 非晶硅薄膜太阳能电池的结构 185

9.4.4 非晶硅薄膜太阳能电池的优化 186

9.5 微晶硅薄膜太阳能电池 187

9.5.1 微晶硅的特性 187

9.5.2 微晶硅薄膜太阳能电池的设计 188

9.6 小结 188

参考文献 189

第10章 铜铟镓硒薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池 190

10.1 概论 190

10.2 多晶半导体材料的晶界 190

10.2.1 晶界 190

10.2.2 晶界对载流子输运的影响 192

10.2.3 晶界的耗尽近似 193

10.2.4 多数载流子的输运 197

10.2.5 光照的作用 199

10.2.6 少数载流子的输运 200

10.2.7 晶界效应 202

10.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 202

10.3.1 铜铟镓硒的特性 202

10.3.2 异质结薄膜太阳能电池 203

10.3.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的设计 204

10.4 碲化镉薄膜太阳能电池 204

10.4.1 碲化镉的特性 204

10.4.2 碲化镉薄膜太阳能电池的设计 205

10.5 小结 205

参考文献 206

第11章 光学优化 207

11.1 概论 207

11.2 朗伯-比耳定律 209

11.3 减反膜 210

11.3.1 反射率 210

11.3.2 减反膜的设计 211

11.4 聚光太阳能电池 214

11.4.1 聚光系数 214

11.4.2 聚光系统 215

11.4.3 低注入 216

11.4.4 高注入 217

11.4.5 聚光太阳能电池的理论转换效率极限 219

11.4.6 温度的影响 219

11.4.7 串联电阻 220

11.4.8 聚光太阳能电池的设计 220

11.4.9 聚光太阳能电池的材料 221

11.5 陷光结构 221

11.5.1 光程长和光线跟踪 221

11.5.2 反射镜 222

11.5.3 朗伯表面 223

11.5.4 绒面 224

11.5.5 反射腔和光伏眼 226

11.5.6 陷光作用 227

11.6 光子循环 228

11.7 小结 231

参考文献 232

第12章 高转换效率技术 234

12.1 概论 234

12.2 热力学转换效率极限 235

12.3 精细平衡转换效率极限 236

12.4 多带隙 239

12.5 叠层太阳能电池 241

12.5.1 光学串联 241

12.5.2 四电极叠层和双电极叠层 241

12.5.3 叠层太阳能电池的设计 242

12.6 中间能带太阳能电池 243

12.6.1 上导带和中导带 243

12.6.2 中间能带太阳能电池的特性 244

12.6.3 中间能带太阳能电池的设计 246

12.7 热载流子太阳能电池 248

12.7.1 光生作用的过程 248

12.7.2 热载流子太阳能电池的特性 249

12.7.3 热载流子太阳能电池的设计 253

12.8 碰撞电离太阳能电池 255

12.8.1 俄歇产生 255

12.8.2 碰撞电离太阳能电池的特性 256

12.8.3 碰撞电离太阳能电池的设计 257

12.9 小结 258

参考文献 258

附录1 物理常数 260

附录2 习题和解答 261

2.1 非理想二极管模型和理想因子（第1章） 261

2.2 太阳能电池的串联和并联（第1章） 262

2.3 寄生电阻（第1章） 263

2.4 理想二极管模型和入射光强度（第1章） 264

2.5 本征半导体和掺杂半导体中载流子浓度（第3章和第4章） 265

2.6 异质结（第3章和第5章） 266

2.7 量子效率（第6章） 267

2.8 陷阱复合和萨-诺伊斯-肖克莱近似（第4章和第6章） 268

2.9 非晶硅薄膜太阳能电池（第9章） 270

2.10 叠层非晶硅薄膜太阳能电池（第9章） 271

2.11 异质结和铜铟镓硒薄膜太阳能电池（第10章） 272

2.12 陷光结构（第11章） 273

2.13 费米-狄拉克分布和选择性接触（第2章和第12章） 274

附录3 Roth＆Rau公司太阳能电池生产设备 277

3.1 Roth＆Rau公司简介 277

3.2 封面图片解释 278

3.3 SiNUS 840和TiTUS 1200 278

3.4 CALiPSO 280

3.5 SiNA 281

3.6 MAiA 283

3.7 DEPX2000 285

3.8 CAMiNI 287

3.9 PRiMELiNEc-Si 289

3.10 PRiMELiNECdTe 294

附录4 Semilab公司太阳能电池测试设备 297

4.1 Semilab公司简介 297

4.2 封底图片的解释 298

4.3 WT-2000 300

4.4 PV-2000 301

4.5 WA-200 303

4.6 RT-100 303

4.7 LE-100PV/LE-200PV 304

4.8 IRB-50 306

英汉索引 308

汉英索引 365