太陽電池：從理論基礎到技術應用（簡體書）

《太陽電池：從理論基礎到技術應用》在介紹太陽能和太陽電池基本原理的基礎上，系統地介紹了太陽與太陽能、太陽電池基本原理、晶體硅太陽電池的制備、薄膜太陽電池、太陽電池的基本測試、太陽電池的模擬技術、新型太陽電池及技術、光伏發電系統的設計及應用等內容，力圖向讀者提供太陽能光伏技術與應用領域較全面的知識。
《太陽電池：從理論基礎到技術應用》可作為高等院校的半導體材料與器件、光伏科學與工程領域的高年級本科生、研究生的教材或參考用書，也可作為從事太陽能光伏及相關技術領域的科研人員與工程技術人員的指導手冊。

太陽能具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛性和充足性，是一種具有獨特優勢和巨大開發利用潛力的能源。太陽電池是從太陽獲得能源的主要途徑之一，利用太陽電池發電對解決人類能源危機和環境問題具有重要的意義。在過去的10年裡，全球太陽能光伏電池年產量增長約6倍，年均增長50%以上。2013年以來，中國的光伏發電應用進入了快速發展時期，截至2016年底，中國光伏發電新增裝機容量3454萬千瓦，累計裝機容量7742萬千瓦，新增和累計裝機容量均為全球第一。2020年，光伏發電裝機容量則將可能突破1億千瓦，2030年突破4億千瓦，這將標志著我國走向光伏技術規模化應用時代。
為適應光伏產業的快速發展，不少高校已開設可再生能源學院或光伏科學與工程專業來加緊培養專業人才，但光伏技術涉及的知識領域非常寬泛，與半導體物理、光學、電子學、化學、材料科學等密切相關，而且太陽電池種類繁多，大部分的專業書籍過於艱深和繁復，不適合剛接觸太陽電池領域的初學者。本書從太陽電池的基本原理出發，圍繞幾種典型太陽電池的性能、制備、測試、仿真及光伏系統設計、應用進行詳細闡述，以期幫助讀者快速掌握太陽電池的基礎理論和技術應用。
全書共分8章，由武漢理工大學的陳鳳翔博士、汪禮勝博士和上海大學的趙占霞博士共同編著。其中第1章由趙占霞撰寫，主要介紹了太陽的運動規律及我國太陽能的資源分布。第2章由陳鳳翔撰寫，主要內容為太陽電池的物理基礎，包括半導體物理基礎知識、太陽電池等效電路及各參數對電池性能的影響、太陽電池的極限效率等，該章為後續章節提供了必要的物理理論基礎。第3章由趙占霞撰寫，主要介紹了晶體硅太陽電池的生長、制備，以及高效晶體硅太陽電池的發展方向。第4章由汪禮勝撰寫，主要敘述了非晶硅薄膜電池、微晶、納米硅太陽電池以及碲化鎘、銅銦鎵硒化合物薄膜太陽電池。第5章由陳鳳翔撰寫，系統地介紹了從半導體材料到成品太陽能電池生產過程中的測試工藝、原理和相關的設備。第6章由陳鳳翔撰寫，重點介紹了在太陽電池的模擬中常用的幾款軟件，包括PCID、Afors-Het、AMPS、SCAPS等，並結合實際應用，給出了有意義的示例。第7章由汪禮勝撰寫，介紹了近年來的新型太陽電池和新技術，包括染料敏化太陽電池、鈣鈦礦太陽電池和在各類太陽電池中得到廣泛應用的表面等離激元技術。第8章由汪禮勝和趙占霞共同完成，其中汪禮勝撰寫第8.1節，主要介紹了太陽能光伏發電系統的組成；趙占霞撰寫第8.2～8.4節，介紹了太陽能光伏發電系統設計的一般原則及應用，並對不同地區討論了光伏發電系統的收益。
我們特別感謝上海交通大學徐林博士，中國科學院上海微系統與信息技術研究所孟凡英研究員，太陽能光伏行業資深技術總監吳浩工程師，南昌大學袁吉仁博士，上海敏皓電力投資有限公司總經理洪紫州先生、副總經理羅培青博士，以及上海交通大學光伏校友會的各位校友在本書撰寫過程中提供的各種支持與鼓勵。我們也感謝華中科技大學光學與電子信息學院曾祥斌教授、南昌大學光伏研究院周浪院長在本書撰寫過程中提出的有益建議。此外，本書的出版工作得到了湖北省學術著作出版專項基金的資助，特此感謝。
本書可作為太陽電池領域工作者和相關專業學生的參考用書，也可作為從事太陽能光伏行業系統研究、設計和管理等工作的專業技術人員的指導手冊。
由於寫作時間有限，以及作者的研究經歷和知識面的限制，本書難免存在疏漏和不足，敬請讀者批評指正。

1 太陽與太陽能
1．1 太陽的基本參數
1．1．1 陽光的來源
1．1．2 太陽的結構
1．1．3 太陽光譜
1．1．4 太陽常數
1．2 太陽輻射
1．2．1 日地相對運動
1．2．2 太陽輻射光譜
1．2．3 地表輻照
1．3 我國的太陽能資源
參考文獻

2 太陽電池基本原理
2．1 半導體物理基礎
2．1．1 p型和n型半導體
2．1．2 p—n結電流電壓特性
2．1．3 半導體材料的光學特性
2．1．4 光電流和光電壓
2．2 太陽電池的等效電路
2．2．1 太陽電池的等效電路模型
2．2．2 參數對電池性能的影響
2．3 Shockley—Queisser極限
2．3．1 極限效率u（Xg）
2．3．2 太陽電池的電流一電壓關係
2．3．3 額定效率nn
2．3．4 細致平衡極限
參考文獻

3 晶體硅太陽電池的制備
3．1 太陽能級硅材料及晶體硅太陽電池
3．1．1 太陽能級硅材料的制備
3．1．2 晶體硅太陽電池
3．2 硅片的表面處理
3．2．1 表面腐蝕
3．2．2 表面制絨
3．3 p—n結的制備
3．4 減反射膜
3．4．1 減反射膜的基本原理
3．4．2 寬角度減反射膜的設計
3．4．3 寬角度減反射膜的優化
3．5 電極制備
3．6 高效晶體硅太陽電池
3．6．1 SIS太陽電池
3．6．2 PERL電池
3．6．3 IBC電池
3．6．4 HIT異質結太陽電池
參考文獻

4 薄膜太陽電池
4．1 非晶硅太陽電池
4．1．1 非晶硅的光學特性
4．1．2 非晶硅的電學特性
4．1．3 光致衰減效應
4．1．4 非晶硅薄膜的紅外吸收和拉曼散射
4．1．5 非晶硅的制備
4．1．6 非晶硅薄膜太陽電池
4．2 微晶硅及納米硅薄膜太陽電池
4．2．1 微晶硅生長模型
4．2．2 微晶硅的光學特性
4．2．3 微晶硅薄膜的結構分析
4．2．4 非晶硅／微晶硅疊層太陽電池
4．3 化合物薄膜太陽電池
4．3．1 碲化鎘（CdTe）薄膜太陽電池
4．3．2 銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池
參考文獻

5 太陽電池的基本測試
5．1 半導體晶向測試
5．1．1 X射線衍射法測半導體單晶晶向
5．1．2 光點定向
5．2 電阻率及薄層電阻測試
5．2．1 電阻率測試
5．2．2 薄層電阻測試
5．3 太陽電池的少數載流子壽命測試
5．3．1 光電導衰減法
5．3．2 表面光電壓衰減法
5．3．3 微波反射光電導衰減法（MWPCD）
5．3．4 準穩態光電導衰減（QSSPC）
5．4 太陽電池的I-V性能測試
5．4．1 標準測試條件與太陽能模擬器等級
5．4．2 太陽電池的I-V測試原理
5．4．3 太陽能模擬器特性對測試結果的影響
5．5 太陽電池中的缺陷檢測
5．5．1 發光檢測技術
5．5．2 EBIC技術
5．6 太陽電池的量子效率和光譜響應
5．6．1 量子效率
5．6．2 光譜響應
參考文獻

6 太陽電池的模擬技術
6．1 半導體器件物理的基本方程
6．1．1 光學模擬
6．1．2 電學模擬
6．2 模擬軟件介紹
6．2．1 PCID軟件簡介
6．2．2 Afors—Het軟件簡介
6．2．3 AMPS軟件簡介
6．2．4 SCAPS軟件簡介
6．3 非晶硅／晶體硅異質結太陽電池的Afors—Het模擬
6．3．1 本征層對電池性能的影響
6．3．2 界面態對電池性能的影響
6．3．3 發射區厚度對電池性能的影響
6．3．4 背場對電池性能的影響
6．4 GaAs中雜質光伏效應的SCAPS軟件模擬
參考文獻

7 新型太陽電池及技術
7．1 染料敏化太陽電池
7．1．1 引言
7．1．2 染料敏化太陽電池的基本結構及工作原理
7．1．3 染料敏化太陽電池半導體光陽極材料
7．1．4 染料敏化太陽電池染料光敏化劑
7．1．5 染料敏化太陽電池電解質
7．1．6 染料敏化太陽電池對電極材料
7．2 鈣鈦礦太陽電池
7．2．1 引言
7．2．2 有機金屬鹵化物鈣鈦礦的物理結構與特性
7．2．3 鈣鈦礦太陽電池的基本結構及工作原理
7．2．4 鈣鈦礦太陽電池中電荷傳輸材料
7．2．5 電極材料
7．2．6 有機金屬鹵化物鈣鈦礦的合成
7．2．7 鈣鈦礦太陽電池面臨的問題與展望
7．3 表面等離子體激元增強太陽電池光吸收
7．3．1 引言
7．3．2 表面等離子體激元增強光吸收原理
7．3．3 表面等離子體激元增強太陽電池光吸收研究進展
參考文獻

8 光伏發電系統的設計及應用
8．1 光伏發電系統的組成
8．1．1 太陽電池組件
8．1．2 太陽電池支架
8．1．3 蓄電池組
8．1．4 太陽能充放電控制器
8．1．5 逆變器
8．2 光伏發電系統的設計方法
8．3 光伏發電系統的應用
8．3．1 太陽電池組件設計
8．3．2 光伏控制器設計
8．3．3 蓄電池組設計
8．3．4 逆變器的選擇
8．4 光伏發電系統效益分析
參考文獻