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第1章 绪论 1

1.1 太阳能技术分类 1

1.2 光伏效应与太阳电池 8

1.3 能源革命前夜 19

1.4 光伏发电的战略地位和实施步骤 23

1.5 太阳电池的发展 27

参考文献 35

第2章 太阳与太阳能 39

2.1 引言 39

2.2 太阳结构 39

2.3 日地运动规律 40

2.3.1 地球的自转和公转 40

2.3.2 太阳的视运动 41

2.3.3 斜面上的太阳辐射 42

2.4 到达大气层外的太阳辐射能 42

2.4.1 太阳常数 42

2.4.2 大气质量 43

2.5 太阳光谱 43

2.5.1 黑体辐射 43

2.5.2 标准太阳光谱 44

2.6 到达地面的太阳辐射能 45

2.7 中国和世界的太阳辐射能 46

2.7.1 全球太阳能资源分布 46

2.7.2 中国的太阳辐射能 46

参考文献 49

第3章 半导体物理基础 50

3.1 引言 50

3.2 半导体中的电子与空穴 50

3.3 半导体掺杂效应 53

3.3.1 n型掺杂、p型掺杂与电离 53

3.3.2 掺杂半导体的载流子浓度 54

3.3.3 半导体中不同类型杂质的相互补偿作用 55

3.4 半导体中载流子的输运 56

3.4.1 半导体中载流子的漂移 56

3.4.2 半导体中载流子的扩散 57

3.4.3 半导体中的电流 58

3.5 半导体中的非平衡载流子 58

3.5.1 非平衡载流子的产生与复合 59

3.5.2 载流子复合机制 60

3.5.3 表面复合与其他结构缺陷复合 63

3.5.4 陷阱效应 63

3.6 p-n结 64

3.6.1 p-n结内建电场的形成 65

3.6.2 p-n结I-V特性 67

3.7 半导体与光的相互作用 69

3.7.1 半导体的基本光学性能 69

3.7.2 半导体的光吸收机制 70

3.8 结语 72

参考文献 72

第4章 光伏发电原理与效率控制因素 74

4.1 引言 74

4.2 晶体硅太阳电池基本结构与原理 75

4.2.1 晶体硅太阳电池基本构成、功能与工艺概述 75

4.2.2 半导体太阳电池发电原理 76

4.3 太阳电池输出性能参数 78

4.3.1 太阳电池等效电路与基本参数 78

4.3.2 太阳电池I-V特性与其他性能参数 80

4.4 太阳电池计算模拟原理与应用—PC1D软件介绍 83

4.4.1 半导体器件物理基本方程与太阳电池边界条件 83

4.4.2 PC1D操作和应用介绍 85

4.5 太阳电池能量转换效率的局限与损失 88

4.5.1 太阳电池效率的自然局限 88

4.5.2 太阳电池效率的技术性因素损失 90

4.5.3 太阳电池效率优化分析 92

4.6 结语 94

参考文献 95

第5章 晶体硅材料 96

5.1 引言 96

5.2 太阳能级多晶硅 97

5.2.1 太阳能级多晶硅的特征 98

5.2.2 多晶硅的生产技术选择 102

5.2.3 多晶硅西门子生产技术 108

5.2.4 低成本太阳能级多晶硅生产方法 112

5.3 硅晶体生长技术 114

5.3.1 直拉硅单晶生长 114

5.3.2 铸造多晶硅生长 120

5.3.3 铸造硅单晶生长 124

5.3.4 硅晶体的掺杂 127

5.3.5 硅晶体中的杂质 129

5.3.6 硅晶体中的缺陷 132

5.4 硅晶体加工技术 135

5.4.1 直拉硅单晶的切断和切方 135

5.4.2 铸造多晶硅的切方 135

5.4.3 硅晶体切片 136

5.5 结语 137

参考文献 137

第6章 晶体硅光伏电池的制备 140

6.1 引言 140

6.2 常规晶体硅光伏电池的制造方法 140

6.2.1 表面制绒 141

6.2.2 p-n结扩散 142

6.2.3 边缘隔离刻蚀—去除磷硅玻璃 143

6.2.4 淀积SiNx减反射膜 144

6.2.5 丝网印刷正、背面金属 145

6.2.6 金属烧结 145

6.2.7 测量光电性能 146

6.3 常规晶体硅光伏电池制造方法的提高 146

6.3.1 正面金属化技术的改进 147

6.3.2 选择性发射极（selective emitter,SE）电池技术 148

6.3.3 离子注入发射极电池技术 149

6.3.4 MWT电池技术 150

6.4 高效晶体硅光伏电池的制造方法 150

6.4.1 高效电池对晶体硅材料的要求——高载流子寿命 151

6.4.2 表面钝化技术 153

6.4.3 高效晶硅电池金属化技术 155

6.4.4 陷光效应与背面光反射镜 156

6.4.5 高效电池结构的设计 159

6.5 一些高效晶硅光伏电池的结构 159

6.5.1 PERL电池 160

6.5.2 PERC电池和LFC电池 163

6.5.3 n型衬底电池及其p型发射区表面的钝化技术 164

6.5.4 IBC（背面接触电池） 165

6.5.5 HIT（Heterojunction with intrinsic thin layer）异质结电池 167

6.5.6 其他结构的高效晶硅太阳电池 167

6.6 结语 168

参考文献 168

第7章 硅基薄膜太阳电池 173

7.1 引言 173

7.2 非晶硅材料与微晶硅材料 174

7.2.1 非晶硅材料（α-Si:H）的结构特点 174

7.2.2 非晶硅材料（α-Si:H）的光学、电学性质 176

7.2.3 微晶硅（μc-Si:H）材料及特性 178

7.2.4 硅基合金薄膜及特性 181

7.3 非晶硅和微晶硅薄膜材料的生长 183

7.3.1 非晶硅和微晶硅薄膜的沉积 183

7.3.2 微晶硅薄膜生长模型 184

7.3.3 工艺参数对微晶硅薄膜材料的影响 186

7.4 非晶硅太阳电池与微晶硅太阳电池 186

7.4.1 非晶硅太阳电池特点 186

7.4.2 非晶硅太阳电池和微晶硅太阳电池结构 187

7.4.3 玻璃衬底非晶硅和微晶硅太阳电池制造技术 191

7.5 柔性硅基薄膜太阳电池 195

7.5.1 ECD ＆ Uni-Solar不锈钢柔性衬底三结叠层硅基薄膜太阳电池 196

7.5.2 FUJI公司塑料衬底双结叠层硅基薄膜太阳电池 198

7.6 结语 199

参考文献 200

第8章 化合物薄膜光伏电池 202

8.1 引言 202

8.2 CdTe薄膜太阳电池 203

8.2.1 CdTe薄膜太阳电池的发展历程 203

8.2.2 CdTe薄膜太阳电池的结构与特点 204

8.2.3 CdTe薄膜材料物性 205

8.2.4 CdTe薄膜制备工艺 205

8.2.5 CdTe薄膜太阳电池的发展趋势 208

8.3 CIGS薄膜太阳电池 209

8.3.1 CIGS薄膜太阳电池的发展历程 210

8.3.2 CIGS薄膜太阳电池的结构与特点 212

8.3.3 CIGS材料物性 214

8.3.4 CIGS薄膜工艺 217

8.3.5 CIGS太阳电池窗口层材料的制备工艺 222

8.3.6 CIGS薄膜太阳电池产业化的发展趋势 223

8.4 结语 224

参考文献 224

第9章 太阳电池组件 231

9.1 引言 231

9.2 太阳电池组件的分类 231

9.3 晶体硅太阳电池组件 232

9.3.1 晶体硅太阳电池组件的发展历史 232

9.3.2 晶体硅太阳电池组件的原材料 232

9.3.3 晶体硅太阳电池组件的制造工艺 237

9.3.4 晶体硅太阳电池组件的焊接技术 242

9.3.5 晶体硅太阳电池组件封装的功率损失 245

9.3.6 晶体硅太阳电池组件的技术要求及定型试验 248

9.4 刚性薄膜太阳电池组件 250

9.5 BIPV光伏组件 253

9.5.1 薄膜电池BIPV组件 253

9.5.2 晶体硅电池BIPV组件 254

9.6 非标准条件下太阳电池组件的发电模型 255

9.6.1 非标准条件下太阳电池组件最佳工作电流 255

9.6.2 非标准条件下太阳电池组件最佳工作电压 255

9.6.3 非标准条件下太阳电池组件的工作温度 255

9.6.4 非标准条件下太阳电池组件的输出功率 256

9.7 结语 256

参考文献 256

第10章 逆变器、控制器等配套部件及主要材料 258

10.1 引言 258

10.2 离网型逆变器 259

10.2.1 离网型逆变器的基本概念 259

10.2.2 离网型逆变器的常见拓扑 260

10.2.3 离网型逆变器的控制策略 261

10.2.4 离网型逆变器的主要技术性能及评价选用 262

10.3 并网逆变器 264

10.3.1 并网系统的体系结构 264

10.3.2 并网逆变器的常见拓扑 265

10.3.3 并网逆变器的控制策略 272

10.3.4 并网逆变器的技术性能 276

10.4 控制器 277

10.4.1 控制器的基本原理和要求 278

10.4.2 充放电控制器的设计 279

10.5 支架 279

10.5.1 太阳能光伏支架的要求 280

10.5.2 太阳能光伏支架的分类 280

10.5.3 太阳能光伏支架的材质 282

10.5.4 太阳能光伏支架系统的技术难点 282

10.5.5 太阳能光伏支架的成本分析 283

10.6 电线电缆 283

10.6.1 电线电缆的基本概念 283

10.6.2 电线电缆命名 283

10.6.3 电线电缆型号 285

10.6.4 电线电缆的应用分类 285

10.6.5 电线电缆的产品分类 286

10.6.6 电线电缆的选择 287

10.7 接线及开关 287

10.7.1 太阳电池组件与并网逆变器间接线 288

10.7.2 太阳能电池阵列侧开关 289

10.7.3 主开关 289

10.7.4 避雷装置 289

10.7.5 接地施工 290

10.7.6 并网逆变器与配电箱接线 291

10.8 最大功率点跟踪（MPPT）及孤岛效应问题 292

10.8.1 最大功率点跟踪概述 293

10.8.2 孤岛效应概述 300

10.9 结语 303

参考文献 304

第11章 光伏发电系统及应用 305

11.1 引言 305

11.2 光伏系统的内部构成及其作用 306

11.2.1 太阳电池 306

11.2.2 汇流箱 306

11.2.3 蓄电池 307

11.2.4 逆变器 307

11.2.5 保护开关箱和配电柜 307

11.2.6 运行监控系统 308

11.3 光伏系统 309

11.3.1 离网型光伏系统 309

11.3.2 并网型光伏系统 312

11.3.3 光伏系统效率 319

11.3.4 光伏微电网 319

11.3.5 全球光伏联网系统 322

11.4 光伏与建筑的结合 323

11.4.1 建筑结合式光伏方阵（BAPV） 324

11.4.2 建筑一体化光伏方阵（BIPV） 325

11.5 结语 330

参考文献 330

第12章 空间光伏电池及空间发电系统 331

12.1 引言 331

12.2 空间用晶体硅光伏电池 333

12.2.1 空间用晶体硅光伏电池概述 333

12.2.2 空间用晶体硅光伏电池的制造 337

12.3 空间用砷化镓光伏电池 344

12.3.1 空间用砷化镓光伏电池概述 344

12.3.2 空间用砷化镓光伏电池制备 353

12.4 空间用薄膜光伏电池 359

12.4.1 空间用薄膜电池的发展前景 359

12.4.2 空间用薄膜电池分类 360

12.4.3 空间薄膜太阳电池应用 362

12.5 空间用光伏发电系统 364

12.5.1 概述 364

12.5.2 太阳电池阵构型与组成 364

12.5.3 太阳电池阵设计 368

12.5.4 太阳电池阵的制造 371

12.5.5 太阳电池阵的试验、储存及运输 372

12.6 空间太阳能电站 373

12.6.1 概述 373

12.6.2 国外空间太阳能电站设计方案 374

12.6.3 我国发展空间太阳能电站的基本构想 379

12.7 结语 381

参考文献 381

第13章 聚光光伏电池及聚光光伏发电系统 383

13.1 聚光光伏分类 383

13.2 低倍聚光电池及系统 388

13.3 高倍聚光电池及系统 390

13.4 跟踪系统 396

参考文献 400

第14章 光伏检测技术及检测仪器 401

14.1 引言 401

14.2 光伏I-V特性检测技术与太阳模拟器 401

14.2.1 光伏I-V特性检测技术面临的问题 402

14.2.2 标准则试条件（STC）与太阳能模拟器等级 403

14.2.3 太阳电池的I-V特性测试原理 404

14.2.4 太阳模拟器光学性能对检测结果的影响 406

14.3 标准电池的标定 410

14.3.1 空间标定法 410

14.3.2 综合法 411

14.3.3 二级工作标准电池 412

14.4 光伏性能的评定 412

14.4.1 替代峰值功率的光伏性能评价方法 412

14.4.2 基于能量的光伏性能评价方法 413

14.4.3 转换到标准条件下的方程 415

14.5 光伏缺陷检测方法与仪器 416

14.5.1 易导致电池缺陷的工艺 417

14.5.2 太阳电池缺陷检测方法 418

14.6 量子效率（QE）测量技术与仪器 425

14.7 少子寿命测试分析技术与仪器 427

14.7.1 光电导衰减法 427

14.7.2 准稳态光电导衰减法 428

14.7.3 微波反射光电导衰减法 429

14.8 结语 430

参考文献 431

第15章 新型光伏电池与技术 436

15.1 引言 436

15.2 有机薄膜太阳电池 436

15.2.1 有机薄膜太阳电池的发展 436

15.2.2 卷对卷技术 439

15.2.3 有机太阳电池的产业化 442

15.3 染料敏化太阳电池与量子点太阳电池 442

15.3.1 染料敏化太阳电池 443

15.3.2 量子点太阳电池 446

15.4 硅纳米结构太阳电池 450

15.4.1 硅纳米线太阳电池 450

15.4.2 纳米硅薄膜太阳电池 458

15.5 等离子体技术在太阳能光伏上的应用 462

15.6 多重激子效应及其在太阳电池上的应用 467

15.7 结语 470

参考文献 470

第16章 储能技术 479

16.1 引言 479

16.2 机械储能技术 481

16.2.1 抽水蓄能 481

16.2.2 压缩空气储能 486

16.2.3 飞轮储能 489

16.3 电磁储能技术——超导储能 495

16.4 化学储能技术 500

16.4.1 钠硫电池储能技术 500

16.4.2 锂离子电池储能技术 506

16.4.3 液流电池储能技术 518

16.4.4 超级电容器储能 525

16.4.5 制氢储能 530

16.5 结语 538

参考文献 538

第17章 智能电网与光伏发电技术 548

17.1 引言 548

17.2 智能电网 549

17.2.1 智能电网的战略意义与发展现状 549

17.2.2 智能电网的定义与主要特征 552

17.3 智能电网的技术组成 554

17.3.1 智能电网技术 554

17.3.2 微电网与微能源网 558

17.4 光伏发电并网技术 562

17.4.1 集中式光伏发电集群并网技术 563

17.4.2 分布式光伏发电并网技术 565

17.5 结语 570

参考文献 571

第18章 光伏发电系统的可靠性及权威认证 574

18.1 引言 574

18.2 光伏组件可靠性 575

18.2.1 光伏组件常见问题及主要影响 577

18.2.2 主要原因及质量控制 578

18.3 光伏部件的可靠性分析 584

18.3.1 光伏逆变器 584

18.3.2 光伏汇流箱 590

18.4 光伏电站的可靠性分析 595

18.4.1 主要故障及原因 595

18.4.2 提高光伏电站可靠性的措施 599

18.5 权威标准、检测和认证 599

18.5.1 国际光伏产品认证体系 599

18.5.2 国内光伏产品标准测试认证体系 604

18.6 结语 616

参考文献 617

第19章 光伏发电国际标准及中华人民共和国国家标准目录 619

19.1 引言 619

19.2 光伏发电国际标准 619

19.2.1 国际主要光伏技术委员会 619

19.2.2 光伏发电国际标准目录 620

19.3 光伏发电中华人民共和国国家标准 631

19.3.1 我国太阳光伏能源系统标准体系 631

19.3.2 自2012年以来新发布的中国国家标准概述 632

19.3.3 光伏发电中国国家标准目录 632

19.4 光伏发电行业标准和地方标准 636

19.4.1 光伏发电行业标准和地方标准概述 636

19.4.2 光伏发电行业标准和地方标准目录 636

参考文献 638

第20章 结语——挑战与机遇 640

20.1 光伏发电的研究课题 640

20.1.1 新型太阳电池技术 640

20.1.2 光伏产业技术发展 644

20.2 对光伏技术的综合评价 649

20.2.1 太阳电池的生产成本 649

20.2.2 光伏技术的环境问题 651

20.2.3 光伏技术的经济问题 653

20.2.4 光伏技术的社会效益 653

20.3 光伏技术前景展望 654

参考文献 657

索引 659