第1章太阳能电池发展概况1
1.1太阳能利用技术及其发展历史1
1.2太阳能电池技术概况3
1.2.1第一代太阳能电池:晶体硅太阳能电池4
1.2.2第二代太阳能电池:薄膜太阳能电池4
1.2.3第三代太阳能电池:先进太阳能电池5
1.3太阳能电池技术的挑战7
1.4我国光伏产业的发展历程8
拓展阅读液态阳光10
思考题11
第2章太阳能电池材料的半导体性能12
2.1半导体中的电子状态13
2.1.1波函数15
2.1.2电子共有化运动15
2.2能带16
2.2.1能带的概念16
2.2.2有效质量18
2.2.3导体、半导体、绝缘体的能带19
2.3半导体中的掺杂21
2.3.1本征半导体和杂质半导体21
2.3.2半导体中的杂质能级22
2.4半导体载流子的分布24
2.4.1状态密度25
2.4.2费米分布函数和费米能级26
2.4.3导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度27
2.4.4本征半导体载流子的浓度28
2.4.5杂质半导体载流子的浓度29
2.4.6简并半导体载流子的浓度32
2.4.7非简并半导体载流子的浓度33
2.5p-n结35
2.5.1空间电荷区与接触电势差35
2.5.2p-n结的电场强度37
2.5.3p-n结的电势分布38
2.5.4空间电荷区宽度39
2.5.5p-n结内电荷流动的定性描述39
2.5.6理想的电流-电压关系40
2.5.7电流电压关系的非理想因素42
2.5.8p-n结隧道效应44
2.6p-i-n结、金属-半导体结与半导体异质结45
2.6.1p-i-n结45
2.6.2金属-半导体接触46
2.6.3欧姆接触47
2.6.4异质结49
2.7半导体的性能参数及表面特性50
2.7.1载流子浓度50
2.7.2载流子迁移率55
2.7.3少数载流子寿命55
2.7.4半导体材料的表面特性56
2.8太阳能电池的物理特性58
2.8.1光与半导体的相互作用58
2.8.2光生伏特效应59
2.8.3太阳能电池伏安特性61
2.8.4太阳能电池转换效率及其损失63
拓展阅读中国40年被“卡脖子”的历史———从切断GPS到芯片封锁66
思考题67
第3章硅基太阳能电池原理与设计68
3.1硅基太阳能电池发展概况68
3.1.1晶体硅太阳能电池发展概况69
3.1.2硅基薄膜太阳能电池发展概况71
3.2硅基太阳能电池性能与特点73
3.2.1晶体硅太阳能电池性能与特点73
3.2.2硅基薄膜太阳能电池性能与特点78
3.3钝化发射极背接触(PERC)太阳能电池81
3.3.1PERC太阳能电池结构与原理82
3.3.2PERC太阳能电池制备技术83
3.4钝化发射极背面扩散(PERL和PERT)太阳能电池86
3.4.1钝化发射极背面扩散太阳能电池结构与原理86
3.4.2钝化发射极背面扩散太阳能电池制备技术87
3.5隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)太阳能电池88
3.5.1TOPCon太阳能电池结构与原理89
3.5.2TOPCon太阳能电池制备技术90
3.6硅基异质结(SHJ)太阳能电池94
3.6.1SHJ太阳能电池结构与原理94
3.6.2SHJ太阳能电池制备技术96
3.6.3SHJ太阳能电池发展方向98
3.7交指式背接触(IBC)太阳能电池99
3.7.1IBC太阳能电池结构与原理99
3.7.2IBC太阳能电池制备技术101
3.7.3高效IBC太阳能电池发展方向102
3.8硅基薄膜太阳能电池102
3.8.1硅基薄膜太阳能电池材料103
3.8.2硅基薄膜太阳能电池结构及工作原理107
3.8.3硅基薄膜太阳能电池制备技术113
3.8.4硅基薄膜太阳能电池发展方向115
拓展阅读目前世界最高效的太阳能电池115
思考题116
第4章砷化镓薄膜太阳能电池原理和设计117
4.1砷化镓材料的结构与特点117
4.1.1砷化镓材料的结构118
4.1.2砷化镓材料的特点118
4.2砷化镓薄膜太阳能电池制备技术120
4.2.1液相外延制备技术120
4.2.2金属有机物化学气相沉积制备技术121
4.2.3分子束外延制备技术124
4.3砷化镓薄膜太阳能电池结构与原理126
4.3.1单结砷化镓薄膜太阳能电池126
4.3.2双结砷化镓薄膜太阳能电池127
4.3.3三结砷化镓薄膜太阳能电池129
4.4砷化镓薄膜太阳能电池设计及产业现状130
4.4.1高效砷化镓薄膜太阳能电池设计思路130
4.4.2砷化镓薄膜太阳能电池产业现状132
拓展阅读天宫“充电宝”132
思考题133
第5章碲化镉薄膜太阳能电池原理和设计134
5.1碲化镉薄膜太阳能电池材料性能与特点134
5.1.1碲化镉的光学和电学性质137
5.1.2碲化镉薄膜太阳能电池的特点138
5.2碲化镉薄膜太阳能电池结构与原理139
5.3碲化镉薄膜太阳能电池制备技术142
5.4高效碲化镉薄膜太阳能电池的设计及产业发展144
5.4.1高效碲化镉薄膜太阳能电池的设计144
5.4.2碲化镉薄膜太阳能电池产业发展145
拓展阅读智能光伏———让建筑成为绿色“发电厂”150
思考题151
第6章铜铟镓硒薄膜太阳能电池原理和设计152
6.1铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展史152
6.1.1实验萌芽开发阶段153
6.1.2小面积效率提升阶段153
6.1.3大面积组件试产阶段154
6.2铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特点154
6.2.1铜铟镓硒的物理化学性能154
6.2.2铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构特点156
6.2.3铜铟镓硒薄膜太阳能电池的性能特点157
6.3铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备方法158
6.3.1衬底的选择158
6.3.2背电极板的制备160
6.3.3吸收层的制备161
6.3.4缓冲层的作用与制备165
6.3.5窗口层的制备167
6.3.6减反射层及顶电极的制备167
6.4高效铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术168
6.4.1铜铟镓硒太阳能电池碱金属掺杂技术168
6.4.2铜铟镓硒太阳能电池低温沉积技术170
6.4.3铜铟镓硒建筑一体化光伏技术171
拓展阅读我国首座建筑一体化光伏示范建筑———惠州潼湖科技创新小镇173
思考题173
第7章新型太阳能电池原理和设计174
7.1染料敏化太阳能电池原理和设计175
7.1.1染料敏化太阳能电池技术特点175
7.1.2染料敏化太阳能电池结构与原理176
7.1.3染料敏化太阳能电池制备技术179
7.1.4高效染料敏化太阳能电池设计185
7.2钙钛矿太阳能电池原理和设计189
7.2.1钙钛矿太阳能电池技术特点190
7.2.2钙钛矿太阳能电池工作原理、结构分类与材料的选择192
7.2.3钙钛矿太阳能电池制备技术195
7.2.4高效钙钛矿太阳能电池设计196
7.3有机太阳能电池原理和设计198
7.3.1有机太阳能电池的发展历程198
7.3.2有机太阳能电池的基本结构199
7.3.3有机太阳能电池的工作原理199
7.3.4常见有机太阳能电池的给体材料200
7.3.5常见有机太阳能电池的受体材料204
7.3.6常见有机太阳能电池界面材料209
拓展阅读太阳能电池如何“以柔为美”211
思考题212
参考文献213