太阳电池物理与器件

本教材主要针对材料、能源、物理等学科高年级学生及研究生学习太阳电池物理与器件的需求而编撰，是一本聚焦于太阳电池基础物理、光电设计、分析手段、器件模拟等方面的工程化训练指导教材。本书内容分为两大部分：与太阳电池相关的光学、半导体学等物理基础（第一章、第二章）和晶体硅太阳电池的原理、测试及发展（后五章）。本书还专门设置了一章，系统地介绍太阳电池的模拟方法及常用软件。

高平奇，教授，博士研究生导师，中山大学材料学院副院长，长期从事新能源太阳能方面研究。王子磊，兰州大学博士，中山大学材料学院博士后。林豪，中山大学材料学院博士后。蔡伦，中山大学材料学院博士后。

第1章 光与太阳光
1.1 光的性质
1.1.1 光的波粒二象性
1.1.2 光子的能量
1.1.3 光子通量
1.1.4 光谱辐照度
1.2 太阳和太阳光
1.2.1 黑体辐射
1.2.2 太阳结构
1.2.3 太阳的辐照
1.2.4 光伏组件上的太阳辐照
1.3 大气质量与标准太阳光谱
1.3.1 大气质量
1.3.2 标准太阳光谱
参考文献
第2章 半导体物理基础
2.1 半导体材料及其特性
2.1.1 半导体材料
2.1.2 半导体的导电性
2.1.3 硅的晶体结构及其特征
2.2 能带理论
2.2.1 能带的形成
2.2.2 固体的导电性
2.2.3 直接带隙和间接带隙
2.2.4 半导体中的量子态密度
2.3 半导体的掺杂
2.3.1 波矢空间载流子的统计分布
2.3.2 本征半导体硅与非本征半导体硅
2.3.3 半导体的掺杂(n型硅和p型硅)
2.3.4 杂质半导体的载流子浓度
2.3.5 重掺杂简并半导体
2.3.6 深能级杂质
2.4 半导体中载流子的输运
2.4.1 准平衡状态下的载流子
2.4.2 载流子的产生
2.4.3 载流子的复合
2.4.4 栽流子的漂移和扩散
2.5 半导体p-n结
2.5.1 p-n结的形成及其能带
2.5.2 热平衡状态下的p-n结
2.5.3 准平衡状态下的p-n结
参考文献
第3章 太阳电池基础
3.1 太阳电池工作原理
3.2 太阳电池光谱特征
3.2.1 量子效率
3.2.2 光谱响应
3.3 太阳电池输出特性
3.3.1 太阳电池I一V曲线
3.3.2 电池特性参数及光电转换效率
3.4 影响太阳电池性能的因素
3.4.1 特征电阻对太阳电池性能的影响
3.4.2 温度对太阳电池性能的影响
3.4.3 光照强度对太阳电池性能的影响
3.5 双二极管等效电路模型
3.5.1 理想因子
3.5.2 双二极管等效电路
3.5.3 J02的来源
参考文献
第4章 太阳电池的测试及分析
4.1 太阳电池电流一电压特性曲线测试
4.1.1 太阳光模拟器
4.1.2 太阳电池的测试
4.1.3 ，I一V测试曲线的分析
4.2 Jsc一Voc、Suns一Voc测试
4.2.1 Jsc一Voc测试
4.2.2 Suns一Voc测试
4.2.3 串联电阻的提取和分析
4.3 反射光谱和量子效率谱测试
4.3.1 反射光谱测量及分析
4.3.2 外量子效率(EQE)谱测试
4.3.3 量子效率谱线分析
4.4 少子寿命测试
4.4.1 少子寿命测试的意义
4.4.2 少子寿命测试方法
4.4.3 基于光电导(PCD)技术的少子寿命测试
4.4.4 基于表面光电压(SPV)技术的少子寿命测试
4.4.5 其他少子寿命测试方法
4.5 接触电阻测试
4.5.1 欧姆接触结构的接触电阻测试
4.5.2 非欧姆接触结构的接触电阻测试
4.6 发射光谱测试
4.6.1 电致发光(EL)测试
4.6.2 光致发光(PL)测试
4.6.3 EL与PL的应用场景
4.7 其他测试表征
4.7.1 ECV测试
4.7.2 方块电阻测试
参考文献
第5章 高效太阳电池的发展
5.1 太阳电池光电转换效率极限
5.1.1 SQ(Shockley-Queisser)模型
5.1.2 本征复合模型
5.1.3 Richter模型
5.1.4 选择比模型
5.2 太阳电池性能损耗分析
5.2.1 光学损耗与太阳电池光管理
5.2.2 复合损耗及表面钝化
5.2.3 电阻损耗
5.2.4 前电极的设计
5.3 高效晶体硅太阳电池实例
5.3.1 选择性发射极(SE)
5.3.2 PERC电池系列
5.3.3 n型高效电池、PERT及TOPCon
5.3.4 硅基异质结(SHJ)太阳电池
5.3.5 新型钝化接触太阳电池
参考文献
第6章 晶体硅太阳电池技术
6.1 硅太阳电池基片生产技术
6.1.1 高纯硅材料生产技术
6.1.2 太阳电池用硅晶体的生长
6.1.3 硅片的切割及测试
6.1.4 硅片的清洗
6.1.5 硅片的制绒
6.2 晶体硅的扩散
6.2.1 扩散原理
6.2.2 扩散技术
6.2.3 扩散设备
6.3 钝化和减反技术
6.3.1 氮化硅薄膜钝化和减反技术
6.3.2 氧化硅钝化技术
6.3.3 氧化铝钝化技术
6.3.4 非晶硅钝化技术
6.4 .电极的丝网印刷技术
6.4.1 丝网印刷原理
6.4.2 印刷用网版
6.4.3 浆料
6.4.4 电极浆料的烧结
参考文献
第7章 太阳电池的模拟
7.1 FDTD
7.1.1 软件简介
7.1.2 FDTD法基本原理
7.1.3 FDTD法在太阳电池中的应用
7.2 PC1D
7.2.1 软件简介
7.2.2 PC1D基本原理
7.2.3 PC1D在太阳电池中的应用
7.3 Griddler Pro
7.3.1 软件简介
7.3.2 Griddler Pro基本原理
7.3.3 Griddler Pro在太阳电池中的应用
7.4 Quokka
7.4.1 软件简介
7.4.2 Quokka基本原理
7.4.3 Quokka在太阳阳电池中的应用
7.5 Sentaurus TCAD、 Silva