光伏电池原理及应用

1 半导体材料

1.1 绝缘体，半导体，导体

1.2 半导体材料的晶体性质

1.2.1 半导体材料的晶格结构

1.2.2 常见太阳能电池材料的晶格结构

1.3 半导体能带

1.3.1 原子能级

1.3.2 能带的形成

1.3.3 波粒二象性

1.3.4 薛定谔方程

1.3.5 半导体中电子的能量与动量之间的关系

1.3.6 直接带隙和间接带隙半导体

1.4 半导体材料的掺杂

1.4.1 本征半导体

1.4.2 掺杂半导体

1.4.3 杂质能级的计算

1.5 载流子分布

1.5.1 费米分布

1.5.2 玻耳兹曼分布

1.6 载流子浓度

1.7 载流子的产生与复合

1.7.1 载流子的产生

1.7.2 载流子的复合

1.8 载流子输运

1.8.1 载流子连续性方程

1.8.2 载流子的扩散和漂移

参考文献

2 半导体接触

2.1 半导体pn结

2.1.1 pn结的形成

2.1.2 pn结中的空间电荷区

2.1.3 pn结的能带

2.1.4 pn结的电流电压特性

2.1.5 pn结击穿

2.2 半导体异质结

2.2.1 异型异质结

2.2.2 同型异质结

2.3 金属半导体接触

2.3.1 金属半导体接触势垒

2.3.2 半导体表面态

2.3.3 金属半导体接触的电流输运理论

2.3.4 整流接触与欧姆接触

2.4 其他半导体接触

2.4.1 n+p+隧穿结

2.4.2 有机半导体材料异质结

2.5 太阳能电池的分类

参考文献

3 太阳能电池基本原理

3.1 太阳光谱与太阳辐射

3.2 光照下的pn结

3.2.1 光照下pn结的电流电压特性

3.2.2 光照下pn结的量子效率谱

3.2.3 pn结各参数对量子效率的影响

3.3 表征太阳能电池的主要参数

3.4 太阳能电池的效率极限

3.4.1 太阳能电池极限效率的计算

3.4.2 太阳能光谱对太阳能电池极限效率的影响

3.4.3 半导体带隙与太阳能电池极限效率

3.5 太阳能电池的其他结构

3.5.1 异质结太阳能电池

3.5.2 p.i.n结太阳能电池

3.6 太阳能电池组件和系统

3.7 太阳能电池原理小结

参考文献

4 晶体硅太阳能电池

4.1 晶体硅太阳能电池的基本结构

4.2 晶体硅材料的性质

4.3 晶体硅太阳能电池设计

4.3.1 太阳能电池中半导体材料的掺杂

4.3.2 太阳能电池中基区与发射区的厚度

4.3.3 太阳能电池表面

4.3.4 电极

4.3.5 光吸收

4.4 晶体硅太阳能电池的制造

4.4.1 晶体硅的制备

4.4.2 结的形成

4.4.3 前表面钝化与减反射层沉积

4.4.4 表面接触的制作

4.5 多晶硅太阳能电池

4.6 其他结构晶体硅太阳能电池

4.6.1 背面点接触太阳能电池

4.6.2 HIT太阳能电池

参考文献

5 硅薄膜太阳能电池

5.1 引言

5.2 材料的性质和制备

5.2.1 非晶硅薄膜材料的性质与制备

5.2.2 微晶硅薄膜材料的性质和制备

5.2.3 多晶硅薄膜材料的性质和制备

5.3 器件设计

5.3.1 非晶硅及微晶硅太阳能电池结构

5.3.2 多晶硅薄膜太阳能电池结构设计

参考文献

6 碲化镉光伏电池

6.1 碲化镉电池介绍

6.2 碲化镉电池发展历史

6.3 碲化镉的物理化学性质

6.4 碲化镉薄膜沉积

6.4.1 Cd和Te2蒸气在表面的冷凝/反应

6.4.2 Cd和Te离子在表面的电化反应

6.4.3 前驱物表面反应

6.5 碲化镉薄膜电池结构

6.5.1 窗口层

6.5.2 CdTe 吸收层和CdCl2处理

6.5.3 CdS/CdTe 互扩散

6.5.4 背接触

6.5.5 碲化镉电池的表征与分析

6.6 碲化镉组件

6.7 碲化镉薄膜电池展望

参考文献

7 铜铟镓硒光伏电池

7.1 铜铟镓硒光伏电池基本情况介绍

7.2 铜铟镓硒的材料性质

7.2.1 结构与成分

7.2.2 光学性质和电子结构

7.2.3 电学性质

7.2.4 表面和晶界

7.2.5 衬底效果

7.3 铜铟镓硒的沉积方法

7.3.1 衬底和钠加入

7.3.2 背接触

7.3.3 共蒸发Cu（InGa）Se

7.3.4 预制层反应工艺

7.3.5 其他沉积方法

7.4 铜铟镓硒电池器件制备

7.4.1 化学水浴沉积（CBD）

7.4.2 界面效应

7.4.3 其他沉积方法

7.4.4 其他缓冲层

7.4.5 透明导电层

7.4.6 高阻窗口层

7.4.7 器件完成

7.5 铜铟镓硒电池的性能评价

7.5.1 光生电流

7.5.2 复合

7.5.3 Cu（InGa）Se2/CdS界面

7.5.4 宽带隙和渐变带隙器件

7.6 铜铟镓硒电池的量产问题

7.6.1 工艺和设备

7.6.2 组件制造

7.6.3 组件行为和稳定性

7.6.4 生产成本

7.6.5 环境问题

7.7 铜铟镓硒电池技术展望

参考文献

8 有机光伏电池

8.1 有机和高分子光伏效应的原理

8.1.1 有机材料的光电响应过程

8.1.2 有机/高分子材料的光伏过程

8.2 有机和高分子光伏电池的演化和类型

8.2.1 有机单层光伏电池（肖特基电池）

8.2.2 双层施主/受主异有机质结光伏电池（唐氏电池）

8.2.3 体异质结有机光伏电池

8.2.4 N型纳米颗粒/纳米棒与p型高分子复合型光伏电池

8.2.5 双连续有序纳米结构有机光伏电池（BONS）

8.2.6 串联结构的有机光伏电池

8.2.7 “理想”高效有机光伏电池

8.3 有机和高分子光伏电池的制备和表征

8.3.1 有机和高分子光伏电池的制备和稳定性

8.3.2 OPV产业的现状和挑战

8.3.3 小结和展望

参考文献

9 染料敏化太阳能电池

9.1 染料敏化太阳能电池基本原理

9.1.1 染料敏化太阳能电池背景介绍

9.1.2 染料敏化太阳能电池工作机理

9.2 染料敏化太阳能电池的结构与材料

9.2.1 TCO 电极

9.2.2 金属氧化物半导体

9.2.3 染料（光敏剂）

9.2.4 氧化还原电解质

9.2.5 对电极

9.2.6 封装材料

9.3 染料敏化太阳能电池的发展与应用

9.3.1 染料敏化太阳能电池的稳定性

9.3.2 染料敏化太阳能电池的商业使用

9.3.3 染料敏化太阳能电池组件的工业生产

9.3.4 纤维状染料敏化太阳能电池

参考文献

10 高效新概念太阳能电池

10.1 太阳能电池效率分析

10.2 叠层太阳能电池

10.3 中间带太阳能电池

10.4 上转换器和下转换器

10.5 热载流子太阳能电池

10.5.1 热载流子能量分析

10.5.2 热载流子太阳能电池结构

10.6 碰撞电离太阳能电池

10.7 热光伏太阳能电池和热光子转换器

参考文献

11 光伏组件在发电系统中的应用

11.1 光伏组件自身成本及其对BOS的影响

11.2 光伏组件对系统发电量的影响

11.2.1 光伏组件结构对系统发电量的影响

11.2.2 系统中光伏组件的一致性对系统发电量的影响

11.2.3 光伏组件类型对系统发电量的影响

11.3 光伏组件的安全性

11.4 光伏组件能量回收期

11.5 光伏组件的回收

11.6 光伏发电系统的经济性

多种多样的光伏技术既有共性，也有其特异性。首先，光伏效应无一例外发生在具有半导体性质的两种材料的接触界面之间，产生的自由电荷通过在半导体材料中的输运到达电极和外电路，《光伏电池原理及应用》第1～3章阐述了半导体材料的一般性质以及接触界面发生的物理过程与原理，使读者对光伏电池的工作原理具备基础性的理解；其次，不同类别的光伏电池在材料性质、制备工艺、电池结构、组件应用等方面有很大的差异，第4～9章分别讲述了目前在产业领域和科研领域被普遍关注的几种光伏技术，包括晶体硅电池、硅薄膜电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池、有机电池和染料敏化电池，第10章则集中介绍了提高光伏电池效率的几种新理念、新技术；最后，结合光伏发电的实际案例，第11章提出电池与组件在系统真实应用中需要注意的问题，以期为读者在开发和使用光伏产品时与实践相结合提供依据。
　　《光伏电池原理及应用》适合太阳能光伏技术领域的研究人员、技术人员阅读，也可作为相关专业高校师生的阅读参考书。

《光伏电池原理及应用》对多种光伏电池做了全面而有重点的介绍。本书可以使读者从光伏电池的基本原理学起，介绍了各种电池的制造工艺，发展趋势等等。本书深入浅出，是了解光伏电池的最佳，也可以作为学生教材。