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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