《太陽能電池：工作原理、技術和系統(tǒng)應用》重點敘述太陽能電池的基本工作原理和設計，目前采用的電池制造工藝和即將實施的改進工藝，以及在應用這些電池的系統(tǒng)設計中的重要考慮。《太陽能電池：工作原理技術和系統(tǒng)應用》前面幾章綜述了陽光的性質(zhì)、構(gòu)成電池半導體材料的有關性質(zhì)以及這兩者之間的相互作用。接下來幾章詳細地論述了太陽能電池設計中的重要因素、現(xiàn)行的電池制造工藝以及未來可能的工藝。最后幾章論及系統(tǒng)的應用。
當陽光照射到太陽能電池時，可在沒有機械轉(zhuǎn)動或污染性副產(chǎn)物的情況下，將入射能量直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電池早已不再是實驗室僅有的珍品，它已有幾十年的使用歷史，從最初的航天用電源，到現(xiàn)在的地面電力系統(tǒng)。在不久的將來，這類電池的制造技術很可能得到顯著改進。這樣，太陽能電池將可以在合適的價格下生產(chǎn)，從而對世界能源需求作出重要貢獻。
本書將重點敘述太陽能電池的基本工作原理和設計，目前采用的電池制造工藝和即將實施的改進工藝，以及這些電池系統(tǒng)應用上的重要設計考慮。本書前面幾章概述了陽光的性質(zhì)、構(gòu)成電池的半導體材料的有關性質(zhì)以及此兩者之間的相互作用。接下來的幾章詳細地論述了太陽能電池設計中的重要因素、現(xiàn)行的電池制造工藝以及未來可能的工藝。最后幾章論及系統(tǒng)的應用，包括目前市售的小型系統(tǒng)和將來可能實現(xiàn)的住戶和中心電力系統(tǒng)。
本書首先可供被這一迅速發(fā)展的領域所吸引而日益增多的工程技術人員和科學工作者使用，也可用作大學生和研究生的專業(yè)課本。作者盡可能使其內(nèi)容適合于來自于不同專業(yè)背景的讀者之需求。例如，本書包括了與理解太陽能電池工作原理相關的半導體性質(zhì)的圖解式的回顧。對于許多讀者來說，這可作為簡捷的復習，而對其他讀者則提供了一個便于理解之后各章節(jié)內(nèi)容的基礎。無論專業(yè)背景為何，通過學習本書并做習題，將使讀者在從事這個領域的工作時能得以勝任。
我要對那些為數(shù)眾多以致不能一一提及的人們表示感謝。他們在過去十多年中激發(fā)了我對太陽能電池的興趣。我要特別感謝Andy Blakers，Bruce Godfrey，Phill Hart和Mike Willi-son對本書撰寫的建議和間接鼓勵。特別感謝Gelly Galang為本書準備底稿，以及John Todd和Mike Willison為本書準備圖片。最后我要感謝Judy Green在本書進展緊鑼密鼓的階段給予的支持和鼓勵。
第1章 太陽能電池和太陽光
1.1 引言
1.2 太陽能電池發(fā)展概況
1.3 陽光的物理來源
1.4 太陽常數(shù)
1.5 地球表面的日照強度
1.6 直接輻射和漫射輻射
1.7 太陽的視運動
1.8 日照數(shù)據(jù)
1.9 小結(jié)
習題
參考文獻
第2章 半導體的特性
2.1 引言
2.2 晶體結(jié)構(gòu)和取向
2.3 禁帶寬度
2.4 允許能態(tài)的占有幾率
2.5 電子和空穴
2.6 電子和空穴的動力學
2.7 允許態(tài)的能量密度
2.8 電子和空穴的密度
2.9 Ⅳ族半導體的鍵模型
2.10 Ⅲ族和V族摻雜劑
2.11 載流子濃度
2.12 摻雜半導體中費米能級的位置
2.13 其他類型雜質(zhì)的影響
2.14 載流子的傳輸
2.14.1 漂移
2.14.2 擴散
2.15 小結(jié)
習題
參考文獻
第3章 產(chǎn)生、復合及器件物理學的基本方程
3.1 引言
3.2 光與半導體的相互作用
3.3 光的吸收
3.3.1 直接帶隙半導體
3.3.2 間接帶隙半導體
3.3.3 其他吸收過程
3.4 復合過程
3.4.1 從弛豫到平衡
3.4.2 輻射復合
3.4.3 俄歇復合
3.4.4 經(jīng)由陷阱的復合
3.4.5 表面復合
3.5 半導體器件物理學的基本方程
3.5.1 引言
3.5.2 泊松方程
3.5.3 電流密度方程
3.5.4 連續(xù)性方程
3.5.5 方程組
3.6 小結(jié)
習題
參考文獻
第4章 p-n結(jié)二極管
4.1 引言
4.2 p-n結(jié)的靜電學
4.3 結(jié)電容
4.4 載流子注人
4.5 準中性區(qū)內(nèi)的擴散流
4.6 暗特性
4.6.1 準中性區(qū)中的少數(shù)載流子
4.6.2 少數(shù)載流子電流
4.7 光照特性
4.8 太陽能電池的輸出參數(shù)
4.9 有限電池尺寸對I0的影響
4.10 小結(jié)
習題
參考文獻
第5章 效率的極限、損失和測量
5.1 引言
5.2 效率的極限
5.2.1 概要
5.2.2 短路電流
5.2.3 開路電壓和效率
5.2.4 黑體電池的效率極限
5.3 溫度的影響
5.4 效率損失
5.4.1 概要
5.4.2 短路電流損失
5.4.3 開路電壓損失
5.4.4 填充因子損失
5.5 效率測量
5.6 小結(jié)
習題
參考文獻
第6章 標準硅太陽能電池工藝
6.1 引言
6.2 由砂還原為冶金級硅
6.3 冶金級硅提純?yōu)榘雽w級硅
6.4 半導體級多晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч杵?br> 6.5 單晶硅片制成太陽能電池
6.6 太陽能電池封裝成太陽能電池組件
6.6.1 組件結(jié)構(gòu)
6.6.2 電池的工作溫度
6.6.3 組件的耐久性
6.6.4 組件電路設計
6.7 能量收支結(jié)算
6.8 小結(jié)
習題
參考文獻
第7章 硅電池工藝的改進
7.1 引言
7.2 太陽能電池級硅
7.3 硅片
7.3.1 硅片的要求
7.3.2 鑄錠工藝
7.3.3 帶狀硅
7.4 電池的制造和互聯(lián)
7.5 候選工廠的分析
7.6 小結(jié)
習題
參考文獻
第8章 硅太陽能電池的設計
8.1 引言
8.2 主要考量
8.2.1 光生載流子的收集幾率
8.2.2 結(jié)深
8.2.3 頂層的橫向電阻
8.3 襯底的摻雜
8.4 背面場
8.5 頂層的限制
8.5.1 死層
8.5.2 高摻雜效應
8.5.3 對飽和電流密度的影響
8.6 上電極的設計
8.7 光學設計
8.7.1 減反射膜
8.7.2 絨面
8.8 光譜響應
8.9 小結(jié)
習題
參考文獻
第9章 其他器件結(jié)構(gòu)
9.1 引言
9.2 同質(zhì)結(jié)
9.3 半導體異質(zhì)結(jié)
9.4 金屬一半導體異質(zhì)結(jié)
9.5 實用的低電阻接觸
9.6 MIS太陽能電池
……
第10章 其他半導體
第11章 聚光型系統(tǒng)
第12章 光伏系統(tǒng)的組成與應用
第13章 獨立光伏系統(tǒng)的設計
第14章 住宅用和集中型光伏電力系統(tǒng)
附錄A 物理常數(shù)
附錄B 硅的部分特性［300K時］
附錄C 符號一覽表
索引
因此，與地球大氣層外的情況相反，地面陽光的強度和光譜成分變化都很大。為了對不同地點測得的不同太陽能電池的性能進行有意義的比較，就必須確定一個地面標準，然后參照這個標準進行測量。雖然標準在不斷變動，但在撰寫本書時，最廣泛使用的地面標準是表1.1中的AM1.5分布，這些數(shù)據(jù)也已繪制成圖1.3中的地面光譜分布曲線。1977年美國政府的光伏計劃將此分布歸一化后作為標準。歸一化的目的是使得總功率密度為lkw／m2，即接近地球表面接收到的最大功率密度。
1.6 直接輻射和漫射輻射
到達地面的太陽光，除了直接由太陽輻射來的分量之外，還包括由大氣層散射引起的相當可觀的間接輻射或漫射輻射分量。所以其成分更為復雜。甚至在晴朗無云的天氣，白天漫射輻射分量也可能占水平面所接收的總輻射量的10％～20％。
在陽光不足的天氣，水平面上的漫射輻射分量所占的百分比通常要增加。根據(jù)所觀察到的數(shù)據(jù)_，可以得出下述統(tǒng)計趨勢。對于日照特別少的天氣，大部分輻射是漫射輻射。一般來說，如果一天中接收到的總輻射量低于一年相同時間的晴天所接收到的總輻射量的三分之一，那么，這種日子里接收到的輻射中大部分是漫射輻射。而介于晴天和陰天之間的天氣，接收到的輻射約為晴天的一半，通常所接收到的輻射中有50％是漫射輻射。壞天氣不僅使世界上一些地區(qū)只能收到少量的太陽輻射能，而且其中相當一部分是漫射輻射。
漫射陽光的光譜成分通常不同于直射陽光的光譜成分。一般而言，漫射陽光中含有更豐富的較短波長的光或“藍”波長的光，這使太陽能電池系統(tǒng)接收到光的光譜成分產(chǎn)生了進一步的變化。當采用水平面上測得的輻射數(shù)據(jù)來計算傾斜面上的輻射時，來自天空不同方向的漫射輻射分布的不確定性也給計算引入了一些誤差。盡管圍繞太陽的空際是產(chǎn)生漫射輻射的最主要來源，通常仍假設漫射光是各向同性的（在所有方向都是均勻的）。
聚光式光伏系統(tǒng)只能在一定角度內(nèi)接收太陽光。為了利用太陽光的直接輻射分量，系統(tǒng)必須隨時跟蹤太陽，與此同時，漫射輻射分量就大多被浪費了。這就在一定程度上削弱了這種跟蹤系統(tǒng)總是垂直于太陽直射光線，從而能接收到最大功率密度的之優(yōu)勢。
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