太阳电池物理基础

书籍目录

前言

第1章太阳能与太阳电池
1

★11太阳辐射
1

111几个重要名词
1

112太阳表面辐照度的计算
3

113地球大气层外太阳辐照度的计算
4

114不同特征温度下黑体辐射的光子通量
5

115影响地球表面太阳辐射的各种因素
6

★12世界太阳能资源分布
7

★13我国太阳能资源分布
8

★14太阳能的利用方式
10

★15太阳电池基本工作原理
10

★16太阳电池发展历程
12

★17 太阳电池芯片、组件和系统
15

★18小结
16

习题
17

参考文献
17

第2章细致平衡原理与太阳电池J-V关系
19

★21细致平衡原理
19

211几个重要概念
19

212细致平衡原理的基本假设
20

213细致平衡原理的证明
21

★22太阳电池的光电流与暗电流
22

★23太阳电池的J-V关系
23

★24小结
25

习题
25

参考文献
25

第3章载流子的统计分布与电流
27

★31半导体材料的分类
27

★32半导体材料的晶格结构
28

321金刚石型结构
29

322闪锌矿型结构
29

323纤锌矿型结构
30

324岩盐结构
30

★33半导体中电子的状态和能带
30

331薛定谔方程与布洛赫波
31

332直接带隙和间接带隙
32

★34热平衡状态载流子的统计分布与电流
34

341状态密度
34

342费米-狄拉克分布
36

343麦克斯韦-玻尔兹曼分布
37

344导带中电子浓度与价带中空穴浓度
38

345热平衡状态的电流
38

★35半导体的载流子浓度
39

351本征半导体的载流子浓度
39

352n型半导体的载流子浓度
40

353p型半导体费米能级
42

354补偿半导体
43

355简并半导体与非简并半导体
43

356缺陷
44

357半导体的电导率和迁移率
44

★36准热平衡状态载流子的统计分布与电流
45

361准热平衡状态的载流子浓度
45

362准热平衡状态载流子的统计分布
46

363准热平衡状态载流子的电流
47

★37漂移电流与扩散电流
48

371电子亲和势
48

372功函数
49

373扩散和漂移
50

★38小结
50

习题
51

参考文献
52

第4章非平衡载流子的产生与复合
53

★41非平衡载流子产生与复合的分类
53

411非平衡载流子产生的分类
53

412非平衡载流子复合的分类
54

413产生率与复合率
55

414非平衡载流子的寿命
56

★42非平衡载流子的产生
56

421非平衡载流子产生的微观物理图像
56

422非平衡载流子产生的宏观表现
58

★43非平衡载流子的复合
61

431辐射复合
61

432俄歇复合
66

433陷阱复合
67

434表面复合和晶界复合
70

★44载流子的输运方程
71

441连续性方程
71

442泊松方程
72

443一维稳态半导体的连续性方程
72

★45小结
74

习题
75

参考文献
76

第5章pn结及其伏安特性
77

★51pn结的形成
77

511pn结形成的物理过程
77

512pn结接触电势差与势垒高度
79

513空间电荷区电场、电势的分布及耗尽宽度的计算
79

514空间电荷区实际载流子的分布
82

★52pn结电流电压特性
83

521pn结的单向导电性
83

522理想pn结的电流电压特性86

★53pn结的制备方法
89

531扩散法
89

532合金法
89

533薄膜外延法
89

534离子注入法
90

★54小结
90

习题
91

参考文献
91

第6章太阳电池的伏安特性
92

★61太阳电池的工作原理
92

611从载流子输运的角度分析光电流Jph与暗电流Jdark
93

612光照条件下pn结能带的变化
94

★62光生载流子的浓度和电流
94

621电中性区的载流子浓度和电流
95

622空间电荷区的载流子浓度和电流
96

623净电流
97

★63太阳电池的伏安特性
97

631电中性区的电流表达式
97

632空间电荷区的电流表达式
98

633净电流表达式
99

634暗电流表达式
99

635短路电流与伏安特性方程
100

★64太阳电池的伏安特性曲线
101

641理想太阳电池的等效电路图与伏安特性曲线
101

642描述太阳电池的几个重要参数
102

643实际太阳电池的等效电路图与伏安特性曲线
103

★65太阳电池的伏安特性测试与外量子效率测试
105

651太阳电池伏安特性测试
105

652太阳电池外量子效率测试
108

★66小结
110

习题
110

参考文献
111

第7章半导体结
113

★71载流子分离的内部驱动力
113

★72金属－半导体接触
113

721欧姆接触
113

722肖特基接触
116

★73pin结
118

★74同质结与异质结
120

741同质结
120

742异质结
120

★75体异质结
122

751有机太阳电池
122

752染料敏化太阳电池
124

★76表面态与界面态
126

761表面态
126

762界面态
127

★77小结
128

习题
128

参考文献
128

附录130

★附录A常用物理常数表
130

★附录B常见太阳电池材料物理参数表
130

★附录C标准AM15太阳光谱辐照度
131

★附录D参考符号表
135

作者简介

本书系华北电力大学可再生能源学院光伏科学与工程专业的专业课教材。全书系统地介绍了太阳辐射的定量描述、细致平衡原理与太阳电池所涉及的基本概念、物理模型、伏安特性及一些典型太阳电池设计的基本理念。全书共7章，包括太阳能与太阳电池、细致平衡原理与太阳电池J-V关系、载流子的统计分布与电流、非平衡载流子的产生与复合、pn结及其伏安特性、太阳电池的伏安特性和半导体结。全书内容深入浅出、概念清晰、图文并茂、物理图像鲜明，非常适合作为光伏专业、能源专业或其他相关专业的本科生和研究生的专业教材。本书也可以作为光伏领域科学工作者和工程技术人员的参考资料，帮助其在太阳电池领域打下坚实的物理基础，为研发各种类型的太阳电池提供指导和帮助。

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