太陽電池原理與設計(武莉莉)（簡體書）

本書包括原理和設計兩部分：第一部分（1～3章）介紹了光電轉換的微觀機制和基本原理，覆蓋太陽輻射、半導體的光吸收、載流子的產生與複合、非平衡載流子的擴散與漂移、常見太陽電池的結構及器件特性描述等；第二部分（4～9章）以晶體矽、砷化鎵、非晶矽、碲化鎘、銅銦鎵硒以及鈣鈦礦等太陽電池為例，從材料的基本性質出發，分析它們的器件結構，並從減少光、電學損失的角度討論每種電池的設計和優化原則。
 
本書重在闡明太陽電池的能量損失機制，圍繞提高太陽電池效率的核心科學問題，分析不同類型太陽電池的器件特點及改進思路，使讀者具備設計高效太陽電池的能力。
 
本書可作為高等院校新能源材料與器件、新能源科學與工程、儲能科學與工程及相關專業的教材或教學參考書，也可作為光伏產業技術人員的參考書。

武莉莉，四川大學材料科學與工程學院，教授，于1998年、2001年、2006年分別獲得四川大學工學學士、理學碩士和工學博士。從2001年7月至今,在材料科學與工程學院任教，2011年破格獲得博士生導師資格，2014年聘為教授。現為材料科學與工程學院工會主席，中國可再生能源學會光電專業委員會委員，四川省學術和技術帶頭人後備人選。
已連續為本科生和研究生分別講授《太陽電池原理與設計》三學年。 科研方面：從事薄膜太陽電池材料與器件的研究21年，作為項目負責人及核心成員參與了國家“十五”、“十一五”“十二五”863項目、973項目、四川省重點研發等項目近30項，經費累計超過9000萬元。2002～2018年多次創造了碲化鎘薄膜太陽電池的國內較*高效率，並開發出碲化鎘薄膜太陽電池產業化技術，建成了我國第#一條具有完全自主知識產權的薄膜太陽電池中試生產線；使用該成果與無錫尚德太陽能電力有限公司開展橫向合作，建成了2兆瓦碲化鎘太陽電池生產線。2015年以來開展了鈣鈦礦薄膜太陽電池的研究，開發了高效率組件製備技術，25cm2的組件效率達18.8%，為同尺寸組件的國際較*高紀錄。獲得中國高校科技進步二等獎1次（2002年），完成鑒定成果1項。發表論文65篇，SCI收錄29篇，單篇他引次數61次，獲得授權中國發明專利12項，出版專著1本。

第1章 太陽輻射與太陽電池
1.1 太陽光的屬性
1.1.1 波粒二象性
1.1.2 光子能量
1.1.3 光子通量
1.1.4 光譜輻照度
1.1.5 輻射功率密度
1.2 黑體輻射
1.3 太陽輻射
1.3.1 太陽
1.3.2 太空中的太陽輻射
1.3.3 地球上的太陽輻射
1.3.4 大氣質量
1.3.5 標準光譜
1.4 太陽能的轉換方式
1.5 太陽電池概述
1.6 電能
思考題與習題
參考文獻
第2章 光電轉換物理基礎
2.1 半導體宏觀光學性質和光學常數
2.1.1 折射率和吸收係數
2.1.2 反射係數和透射係數
2.2 半導體的光吸收
2.2.1 本征光吸收
2.2.2 其他光吸收過程
2.3 非平衡載流子
2.3.1 非平衡載流子的注入
2.3.2 非平衡載流子壽命、准費米能級
2.3.3 非平衡載流子複合
2.4 載流子輸運
2.4.1 載流子擴散運動
2.4.2 載流子漂移擴散，愛因斯坦關係式
2.4.3 連續性方程式及應用
思考題與習題
參考文獻
第3章 太陽電池的基本原理和特性
3.1 光生伏打效應
3.1.1 功函數和親和勢
3.1.2 內建靜電場與有效力場
3.1.3 一般情況下Voc的表達式
3.2 半導體界面及其類型
3.2.1 半導體-真空界面
3.2.2 半導體-半導體同質結
3.2.3 半導體-半導體異質結
3.2.4 半導體-金屬界面
3.2.5 半導體-絕緣體界面
3.2.6 金屬-絕緣體-半導體和半導體-絕緣體-半導體界面
3.3 用於太陽電池的半導體界面組態
3.3.1 光生伏打效應的界面結構
3.3.2 歐姆接觸
3.3.3 選擇性歐姆接觸
3.4 精細平衡原理
3.4.1 黑暗狀態
3.4.2 光照狀態
3.5 電流
3.5.1 光生電流
3.5.2 暗電流
3.6 太陽電池的特性
3.6.1 伏安特性曲線
3.6.2 短路電流
3.6.3 光生電壓
3.6.4 填充因子和轉換效率
3.6.5 量子效率和光譜響應
3.7 影響太陽電池性能的因素
3.7.1 寄生電阻
3.7.2 溫度的影響
3.7.3 光強的影響
3.8 理論轉換效率極限
3.9 太陽電池的設計原則
3.10 疊層太陽電池
3.10.1 疊層太陽電池原理
3.10.2 疊層太陽電池結構
3.10.3 兩端疊層太陽電池的性能與設計
3.11 小結
思考題與習題
參考文獻
第4章 晶體矽太陽電池
4.1 單晶矽材料的性質
4.1.1 基本性質
4.1.2 光吸收特性
4.1.3 摻雜特性
4.1.4 載流子複合特性
4.1.5 載流子輸運特性
4.2 晶體矽太陽電池的早期結構演變
4.2.1 早期矽太陽電池
4.2.2 背面場
4.2.3 紫電池
4.2.4 黑矽電池
4.3 晶體矽太陽電池的效率損失及提高策略
4.3.1 效率損失機制
4.3.2 減反射技術
4.3.3 陷光技術
4.3.4 電極優化
4.3.5 摻雜工藝優化
4.3.6 鈍化技術
4.4 高效電池結構
4.4.1 高效電池的設計思想
4.4.2 PERC、PERL和PERT太陽電池
4.4.3 矽異質結太陽電池
4.4.4 TOPCon太陽電池
4.4.5 刻槽埋柵太陽電池
4.4.6 背接觸背結太陽電池
4.4.7 矽球太陽電池
4.4.8 多種高效技術結合的太陽電池
思考題與習題
參考文獻
第5章 砷化鎵太陽電池
5.1 砷化鎵材料的性質
5.1.1 砷化鎵的晶體結構
5.1.2 砷化鎵的能帶結構
5.1.3 砷化鎵作為太陽電池材料的優缺點
5.1.4 砷化鎵薄膜材料的製備
5.2 砷化鎵太陽電池的設計和優化
5.2.1 砷化鎵太陽電池的發展
5.2.2 砷化鎵太陽電池類型
5.2.3 單結砷化鎵太陽電池的設計與優化
5.2.4 多結砷化鎵太陽電池的設計與優化
5.3 聚光太陽電池與空間太陽電池原理與設計
5.3.1 聚光太陽電池
5.3.2 聚光太陽能發電系統組件
5.3.3 聚光太陽電池設計
5.3.4 空間太陽電池
5.4 砷化鎵太陽電池的發展趨勢
思考題與習題
參考文獻
第6章 非晶矽太陽電池
6.1 非晶矽材料結構與電子態
6.1.1 非晶矽材料結構
6.1.2 非晶矽材料的電子態
6.2 非晶矽材料的光學特性
6.2.1 非晶矽材料的光吸收
6.2.2 非晶矽材料的光譜響應
6.2.3 非晶矽材料的紅外吸收及拉曼光譜
6.2.4 光致衰減效應
6.3 非晶矽材料的電學特性
6.3.1 本征非晶矽材料的電學特性
6.3.2 非晶矽的摻雜特性
6.3.3 非晶矽的光電導
6.4 非晶矽太陽電池設計和優化
6.4.1 非晶矽電池特點
6.4.2 非晶矽電池結構設計
6.4.3 製備工藝設計優化
6.5 非晶矽疊層太陽電池
6.5.1 非晶矽疊層電池概述
6.5.2 a-Si：H雙結疊層太陽電池
6.5.3 a-Si：H三結疊層太陽電池
6.6 非晶矽太陽電池的發展趨勢
思考題與習題