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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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小节 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 219
11.7小节 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小节 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 PRiMELiNEdTe 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