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第1章 光伏电池与太阳辐射 1

1.1 光伏电池发展概况 2

1.1.1 世界光伏电池发展 2

1.1.2 中国光伏电池发展 3

1.2 太阳电池材料及制造工艺 4

1.3 光伏发电系统的应用和光伏发电现状 8

1.4 太阳辐射 11

1.4.1 太阳 11

1.4.2 地球绕太阳运行规律和太阳角度计算 14

1.4.3 太阳常数和太阳辐射光谱 18

1.4.4 大气层对太阳辐射的影响 20

1.5 水平面上太阳辐射量的计算与倾斜面上太阳辐射量的估算 26

1.5.1 标准晴天水平面上辐射量的计算 26

1.5.2 工程中常用的计算倾斜面上太阳辐射的方法 27

1.6 世界和中国太阳能资源分布 28

1.6.1 世界太阳能资源分布 28

1.6.2 我国太阳能资源分布 29

1.6.3 我国日照时数分布 29

第2章 晶体结构、晶体缺陷 33

2.1 晶体的结构及其特征 35

2.2 空间点阵 36

2.2.1 结点 37

2.2.2 晶体结构的周期性 37

2.2.3 晶格布拉维点阵 37

2.3 晶格的周期性 37

2.3.1 原胞和晶胞 38

2.3.2 晶体结构 38

2.3.3 几种典型的晶体结构 40

2.4 晶列与晶面 42

2.4.1 晶列及其表示 42

2.4.2 晶面及其表示 43

2.5 倒格子 46

2.5.1 倒格子基矢定义 46

2.5.2 倒格子的性质 46

2.6 布里渊区 48

2.6.1 一维晶格的布里渊区 48

2.6.2 二维正方格子的布里渊区 48

2.6.3 体心立方晶格第一布里渊区 49

2.6.4 面心立方晶格第一布里渊区 50

2.7 晶体的对称性 51

2.8 晶系 54

2.9 缺陷的类型 56

2.9.1 点缺陷 57

2.9.2 线缺陷 61

2.9.3 面缺陷 63

2.10 位错的滑移与性质 63

2.10.1 刃型位错的滑移过程和机理 64

2.10.2 螺旋位错与晶体生长 64

2.11 热缺陷的统计平衡理论 65

2.12 能带理论 66

2.12.1 原子中的电子能级与固体中的电子能带 66

2.12.2 导体、半导体、绝缘体的能带 68

第3章 pn结及光伏效应 72

3.1 pn结理论基础 73

3.1.1 几个常用函数 73

3.1.2 载流子浓度 74

3.2 本征半导体 76

3.3 n、p型半导体 77

3.3.1 n型半导体的形成，电中性条件 77

3.3.2 n型半导体的费米能级及能带 79

3.3.3 p型半导体的形成，电中性条件 80

3.3.4 p型半导体的费米能级及能带 82

3.4 热平衡pn结 83

3.4.1 pn结的形成 83

3.4.2 pn结中电子和空穴的输运方程 84

3.4.3 pn结的能带和静电势 85

3.5 非平衡pn结 87

3.5.1 正向偏压下的pn结 88

3.5.2 反向偏压下的pn结 90

3.6 光照情况下的pn结 92

第4章 光伏电池的效率及影响因素 96

4.1 太阳电池的等效电路及重要参数 97

4.1.1 等效电路 97

4.1.2 输出特性 98

4.1.3 最大功率点 99

4.1.4 短路电流 100

4.1.5 开路电压 101

4.1.6 太阳电池伏安特性曲线 102

4.1.7 填充因子 102

4.1.8 转换效率 103

4.1.9 太阳电池的光谱响应 103

4.2 太阳电池的特性及其影响因素 104

4.2.1 太阳电池片厚度对电池性能的影响 104

4.2.2 温度和光强度对电池性能的影响 105

4.2.3 辐照对电池性能的影响 108

4.3 光伏电池的应用、效率损耗分析和应对措施 108

4.3.1 光伏电池的应用 108

4.3.2 电池的效率损耗分析 110

4.3.3 提高太阳电池效率的途径 111

4.4 太阳电池测量条件和测量原理 112

4.4.1 测量条件 112

4.4.2 测量项目 113

4.4.3 测量原理 113

4.4.4 阳光下测量 114

4.4.5 非晶硅电池的测量 114

第5章 光伏电池工艺 119

5.1 硅片的生产 120

5.1.1 多晶硅片的生产 120

5.1.2 单晶硅片的生产 121

5.2 硅太阳电池工艺 124

5.2.1 选料 124

5.2.2 硅片清洗 124

5.2.3 硅片表面腐蚀 125

5.2.4 制绒 126

5.2.5 制备pn结 129

5.2.6 去磷硅玻璃 134

5.2.7 氧化及表面钝化 135

5.2.8 去除周边pn结 137

5.2.9 沉积减反射膜 138

5.2.10 制备电极 141

5.3 测试 146

5.3.1 阳极氧化测结深 146

5.3.2 四探针测量方块电阻 147

5.3.3 少子寿命的测试 149

第6章 其他太阳电池 153

6.1 半导体异质结太阳电池 154

6.1.1 半导体异质结太阳电池的工作原理 155

6.1.2 砷化镓太阳电池 156

6.1.3 碲化镉太阳电池 159

6.1.4 硫化亚铜-硫化镉太阳电池 160

6.2 非晶硅薄膜太阳电池 163

6.2.1 非晶硅材料的性质 163

6.2.2 非晶硅薄膜太阳电池的工作原理 164

6.2.3 非晶硅薄膜太阳电池的结构 165

6.3 微晶硅薄膜太阳电池 166

6.3.1 微晶硅太阳电池的结构及工作原理 166

6.3.2 微晶硅电池的陷光效应 167

6.4 铜铟镓硒薄膜太阳电池 167

6.4.1 CuIn1-xGaxSe材料的性质 167

6.4.2 CuIn1-xGaxSe电池结构 167

6.4.3 CuIn1-xGaxSe薄膜材料的制备 168

6.5 染料敏化太阳电池 169

6.5.1 电池结构 169

6.5.2 染料敏化太阳电池的工作原理 170

6.5.3 染料敏化太阳电池的制备工艺 170

6.6 肖特基势垒太阳电池及反型层太阳电池 171

6.6.1 肖特基势垒太阳电池 171

6.6.2 金属-绝缘层-半导体结构 177

附录1 光伏电池原理与工艺实验 182

实验一 四探针法测量半导体材料的电阻率 182

实验二 半导体pn结的物理特性及弱电流测量实验 184

实验三 太阳电池主要特性测试实验 189

附录2 光伏晶硅电池生产流程、工艺与主要设备图解 193

附录3 主要参数符号表 199

附录4 常用物理常数和能量表达变换表 201

附录5 几种常用光伏电池材料物理性质表 202

参考文献 203

光伏电池应用产品（彩图） 205