第1章 光伏发电：人类能源的希望 1
1.1 光伏是创造社会发展与能源需求平衡的最佳能源形式 1
1.1.1 能源是当今社会发展水平的标志 1
1.1.2 社会进步要求新能源 2
1.1.3 太阳能是未来能源的主力之一 6
1.2 光伏发电历史与现状 13
1.2.1 光伏里程中的重大事件 13
1.2.2 光伏发展历史的启示——寻找新材料，开发新技术，开拓新领域 18
参考文献 40
第2章 光伏原理基础 43
2.1 半导体基础 43
2.1.1 半导体材料结构与表征 43
2.1.2 半导体中电子态与能带结构 46
2.1.3 半导体中的杂质与缺陷 53
2.1.4 平衡态载流子分布 54
2.1.5 半导体光吸收 58
2.1.6 非平衡载流子产生与复合 63
2.1.7 载流子输运性质 71
2.2 半导体pn结基础 75
2.2.1 热平衡的pn结 76
2.2.2 pn结伏安特性 79
2.2.3 pn结电容 86
2.2.4 异质结 87
2.3 太阳电池基础 92
2.3.1 光生伏特效应 92
2.3.2 太阳电池电流-电压特性分析 92
2.3.3 太阳电池性能表征 97
2.3.4 量子效率谱 99
2.3.5 太阳电池效率分析 102
2.3.6 太阳电池效率损失分析 109
2.3.7 p-i-n结电池 110
2.4 太阳电池器件模拟 112
2.4.1 器件模拟的意义 112
2.4.2 硅基薄膜电池的电学模型 114
2.4.3 硅基薄膜电池的光学模拟 119
2.4.4 模拟计算示例 125
参考文献 132
第3章 晶体硅太阳电池 136
3.1 晶体硅太阳电池技术的发展 136
3.1.1 简介 136
3.1.2 早期的硅太阳电池 136
3.1.3 传统的空间电池 138
3.1.4 背面场 139
3.1.5 紫电池 140
3.1.6 “黑体电池” 141
3.1.7 表面钝化 143
3.1.8 PERL电池设计 149
3.1.9 总结 153
3.2 高效电池的产业化 154
3.2.1 介绍 154
3.2.2 丝网印刷电池 154
3.2.3 掩埋栅太阳电池 157
3.2.4 高效背面点接触电极电池 160
3.2.5 HIT电池 164
3.2.6 Pluto电池 172
参考文献 181
第4章 高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池 186
4.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物材料及太阳电池的特点 188
4.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的制备方法 193
4.2.1 液相外延技术 193
4.2.2 金属有机化学气相沉积技术 194
4.2.3 分子束外延技术 195
4.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的发展历史 196
4.3.1 GaAs基系单结太阳电池 196
4.3.2 GaAs基系多结叠层太阳电池 201
4.3.3 Ⅲ-Ⅴ族聚光太阳电池 211
4.3.4 薄膜型Ⅲ-Ⅴ族太阳电池 214
4.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的研究热点 216
4.4.1 更多结（三结以上）叠层电池的研究 216
4.4.2 Ⅲ-Ⅴ族量子阱、量子点太阳电池 219
4.4.3 热光伏电池 223
4.4.4 分光谱太阳电池的研究 224
4.4.5 其他类型新概念太阳电池 225
参考文献 226
第5章 硅基薄膜太阳电池 230
5.1 引言 230
5.2 硅基薄膜物理基础及其材料特性 231
5.2.1 硅基薄膜材料的研究历史和发展现状 231
5.2.2 非晶硅基薄膜材料的结构和电子态 232
5.2.3 非晶硅基薄膜材料的电学特性 237
5.2.4 非晶硅基薄膜材料的光学特性 240
5.2.5 非晶硅基薄膜材料的光致变化 247
5.2.6 非晶硅碳和硅锗合金薄膜材料 251
5.2.7 微晶硅及微晶硅薄膜材料 252
5.3 非晶硅基薄膜材料制备方法和沉积动力学 261
5.3.1 非晶硅基薄膜材料制备方法 261
5.3.2 硅基薄膜材料制备过程中的反应动力学 282
5.3.3 硅基薄膜材料的优化 287
5.4 硅基薄膜太阳电池结构及工作原理 299
5.4.1 单结硅基薄膜太阳电池的结构及工作原理 299
5.4.2 多结硅基薄膜太阳电池的结构及工作原理 311
5.4.3 硅薄膜太阳电池的计算机模拟 320
5.5 硅基薄膜太阳电池制备技术及产业化 322
5.5.1 以玻璃为衬底的硅基薄膜太阳电池制备技术 322
5.5.2 柔性衬底，卷-到-卷非晶硅基薄膜太阳电池制备技术 327
5.6 硅基薄膜太阳电池的产业化：现状、发展方向以及未来的展望 333
5.6.1 非晶硅基薄膜太阳电池的优势 334
5.6.2 硅基薄膜太阳电池所面临的挑战 335
5.6.3 硅基薄膜太阳电池的发展方向 335
参考文献 337
第6章 铜铟镓硒薄膜太阳电池 344
6.1 CIGS薄膜太阳电池发展史 344
6.2 CIGS薄膜太阳电池吸收层材料 349
6.2.1 CIGS薄膜的制备方法 349
6.2.2 CIGS薄膜材料特性 357
6.3 CIGS薄膜太阳电池的典型结构 366
6.3.1 Mo背接触层 366
6.3.2 CdS缓冲层 367
6.3.3 氧化锌（ZnO）窗口层 369
6.3.4 顶电极和减反膜 369
6.3.5 CIGS薄膜光伏组件 370
6.4 CIGS薄膜太阳电池的器件性能 371
6.4.1 CIGS薄膜太阳电池的电流-电压方程和输出特性曲线 371
6.4.2 CIGS薄膜太阳电池的量子效率 374
6.4.3 CIGS薄膜太阳电池的弱光特性 376
6.4.4 CIGS薄膜太阳电池的温度特性 379
6.4.5 CIGS薄膜太阳电池的抗辐照能力 383
6.4.6 CIGS薄膜电池的稳定性 385
6.5 CIGS薄膜太阳电池的异质结特性 388
6.5.1 CIGS薄膜太阳电池异质结能带图 388
6.5.2 能带边失调值 390
6.5.3 贫Cu的CIGS表面层 392
6.6 柔性衬底CIGS薄膜太阳电池 392
6.6.1 柔性衬底CIGS薄膜太阳电池的性能特点 392
6.6.2 柔性金属衬底CIGS太阳电池 394
6.6.3 聚合物衬底CIGS薄膜电池 396
6.6.4 CIGS柔性光伏组件 397
6.7 CIGS薄膜太阳电池的发展动向 397
6.7.1 无Cd缓冲层 398
6.7.2 其他Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料 399
6.7.3 叠层电池 401
参考文献 402
第7章 染料敏化太阳电池 408
7.1 引言 408
7.1.1 染料敏化太阳电池的发展历史 408
7.1.2 染料敏化太阳电池的结构和组成 410
7.1.3 染料敏化太阳电池的工作原理 412
7.2 染料敏化太阳电池及材料 413
7.2.1 衬底材料 413
7.2.2 纳米半导体材料 414
7.2.3 染料光敏化剂 420
7.2.4 电解质 425
7.2.5 对电极 432
7.3 有机聚合物太阳电池 432
7.3.1 器件结构和工作原理 434
7.3.2 给体光伏材料 436
7.3.3 受体材料 439
7.4 染料敏化太阳电池性能 441
7.4.1 电化学性能 441
7.4.2 光伏性能 446
7.5 染料敏化太阳电池未来的发展 453
参考文献 455
第8章 光伏器件的测试与应用 463
8.1 光伏器件的测试 463
8.1.1 太阳常数和大气质量 463
8.1.2 标准测试条件和标准太阳电池 465
8.1.3 光伏器件的基本测量 467
8.1.4 多结叠层太阳电池的测试 475
8.2 光伏发电技术及应用 478
8.2.1 太阳能辐射资源 478
8.2.2 光伏系统的工作原理、技术性能及电子学问题 488
8.2.3 光伏发电应用 533
8.2.4 光伏发电应用系统的设计 542
参考文献 567
第9章 高效电池新概念 569
9.1 引言 569
9.2 Shockley-Queisser光伏转换效率理论极限 571
9.2.1 黑体辐射 572
9.2.2 细致平衡原理 574
9.2.3 理想光伏电池的转换效率 577
9.3 多结太阳电池 584
9.4 热载流子太阳电池 591
9.4.1 光生载流子热弛豫过程 591
9.4.2 热载流子太阳电池的理论效率极限 593
9.4.3 热载流子太阳电池的实验研究与进展 596
9.5 碰撞电离太阳电池 598
9.5.1 碰撞电离基本概念 598
9.5.2 碰撞电离太阳电池极限效率 599
9.5.3 碰撞电离电池的实验研究 601
9.6 中间带及多能带太阳电池 602
9.7 热光电及热光子转换器 608
9.7.1 热光伏电池 608
9.7.2 热光子转换器 610
9.8 小结 611
参考文献 613
附录 617
附录A 标准AM1.5太阳光谱辐照度数据 617
附录B 铅酸蓄电池的分类、命名和表征 621
B.1 铅酸蓄电池的分类 621
B.2 蓄电池的命名方法、型号组成及其代表意义 621
B.3 电池的表征参量 622
附录C 典型的单片机及外围电路 623
C.1 CPU、EEPROM、RAM、I/O单片微处理器 623
C.2 LCD液晶显示器 624
C.3 自定义4×4矩阵键盘 624
C.4 RS232异步串行通信接口 624
C.5 多路模拟开关和串行A/D模数转换器 624
附录D 脉宽调制方波逆变器产品实例 625
D.1 概述 625
D.2 技术指标 625
D.3 方波逆变器的电路结构和工作原理 625