太阳能电池工作原理、技术和系统应用PDF电子书下载

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