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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 1200278

3.4 CALiPSO280

3.5 SiNA281

3.6 MAiA283

3.7 DEPx2000285

3.8 CAMiNI287

3.9 PRiMELiNEc-si289

3.10 PRiMELiNEdTe294

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-2000300

4.4 PV-2000301

4.5 WA-200303

4.6 RT-100303

4.7 LE-100PV/LE-200PV304

4.8 IRB-50306

英汉索引308

汉英索引365