太陽電池物理基礎

前言
第章太陽能與太陽電池1
★1.1太陽輻射1
1.1.1幾個重要名詞1
1.1.2太陽表面輻照度的計算3
1.1.3地球大氣層外太陽輻照度的計算4
1.1.4不同特征溫度下黑體輻射的光子通量5
1.1.5影響地球表面太陽輻射的各種因素6
★1.2世界太陽能資源分布7
★1.3我國太陽能資源分布8
★1.4太陽能的利用方式10
★1.5太陽電池基本工作原理10
★1.6太陽電池發(fā)展歷程12
★1.7太陽電池芯片、組件和系統(tǒng)15
★1.8小結16
習題17
參考文獻17
第章細致平衡原理與太陽電池J-V關系19
★2.1細致平衡原理19
2.1.1幾個重要概念19
2.1.2細致平衡原理的基本假設20
2.1.3細致平衡原理的證明21
★2.2太陽電池的光電流與暗電流22
★2.3太陽電池的J-V關系23
★2.4小結25
習題25
參考文獻25
第章載流子的統(tǒng)計分布與電流27
★3.1半導體材料的分類27
★3.2半導體材料的晶格結構28
3.2.1金剛石型結構29
3.2.2閃鋅礦型結構29
3.2.3纖鋅礦型結構30
3.2.4巖鹽結構30
目錄太陽電池物理基礎★3.3半導體中電子的狀態(tài)和能帶30
3.3.1薛定諤方程與布洛赫波31
3.3.2直接帶隙和間接帶隙32
★3.4熱平衡狀態(tài)載流子的統(tǒng)計分布與電流34
3.4.1狀態(tài)密度34
3.4.2費米-狄拉克分布36
3.4.3麥克斯韋-玻爾茲曼分布37
3.4.4導帶中電子濃度與價帶中空穴濃度38
3.4.5熱平衡狀態(tài)的電流38
★3.5半導體的載流子濃度39
3.5.1本征半導體的載流子濃度39
3.5.2n型半導體的載流子濃度40
3.5.3p型半導體費米能級42
3.5.4補償半導體43
3.5.5簡并半導體與非簡并半導體43
3.5.6缺陷44
3.5.7半導體的電導率和遷移率44
★3.6準熱平衡狀態(tài)載流子的統(tǒng)計分布與電流45
3.6.1準熱平衡狀態(tài)的載流子濃度45
3.6.2準熱平衡狀態(tài)載流子的統(tǒng)計分布46
3.6.3準熱平衡狀態(tài)載流子的電流47
★3.7漂移電流與擴散電流48
3.7.1電子親和勢48
3.7.2功函數(shù)49
3.7.3擴散和漂移50
★3.8小結50
習題51
參考文獻52
第章非平衡載流子的產生與復合53
★4.1非平衡載流子產生與復合的分類53
4.1.1非平衡載流子產生的分類53
4.1.2非平衡載流子復合的分類54
4.1.3產生率與復合率55
4.1.4非平衡載流子的壽命56
★4.2非平衡載流子的產生56
4.2.1非平衡載流子產生的微觀物理圖像56
4.2.2非平衡載流子產生的宏觀表現(xiàn)58
★4.3非平衡載流子的復合61
4.3.1輻射復合61
4.3.2俄歇復合66
4.3.3陷阱復合67
4.3.4表面復合和晶界復合70
★4.4載流子的輸運方程71
4.4.1連續(xù)性方程71
4.4.2泊松方程72
4.4.3一維穩(wěn)態(tài)半導體的連續(xù)性方程72
★4.5小結74
習題75
參考文獻76
第章pn結及其伏安特性77
★5.1pn結的形成77
5.1.1pn結形成的物理過程77
5.1.2pn結接觸電勢差與勢壘高度79
5.1.3空間電荷區(qū)電場、電勢的分布及耗盡寬度的計算79
5.1.4空間電荷區(qū)實際載流子的分布82
★5.2pn結電流電壓特性83
5.2.1pn結的單向導電性83
5.2.2理想pn結的電流電壓特性86
★5.3pn結的制備方法89
5.3.1擴散法89
5.3.2合金法89
5.3.3薄膜外延法89
5.3.4離子注入法90
★5.4小結90
習題91
參考文獻91
第章太陽電池的伏安特性92
★6.1太陽電池的工作原理92
6.1.1從載流子輸運的角度分析光電流Jph與暗電流Jdark93
6.1.2光照條件下pn結能帶的變化94
★6.2光生載流子的濃度和電流94
6.2.1電中性區(qū)的載流子濃度和電流95
6.2.2空間電荷區(qū)的載流子濃度和電流96
6.2.3凈電流97
★6.3太陽電池的伏安特性97
6.3.1電中性區(qū)的電流表達式97
6.3.2空間電荷區(qū)的電流表達式98
6.3.3凈電流表達式99
6.3.4暗電流表達式99
6.3.5短路電流與伏安特性方程100
★6.4太陽電池的伏安特性曲線101
6.4.1理想太陽電池的等效電路圖與伏安特性曲線101
6.4.2描述太陽電池的幾個重要參數(shù)102
6.4.3實際太陽電池的等效電路圖與伏安特性曲線103
★6.5太陽電池的伏安特性測試與外量子效率測試105
6.5.1太陽電池伏安特性測試105
6.5.2太陽電池外量子效率測試108
★6.6小結110
習題110
參考文獻111
第章半導體結113
★7.1載流子分離的內部驅動力113
★7.2金屬－半導體接觸113
7.2.1歐姆接觸113
7.2.2肖特基接觸116
★7.3pin結118
★7.4同質結與異質結120
7.4.1同質結120
7.4.2異質結120
★7.5體異質結122
7.5.1有機太陽電池122
7.5.2染料敏化太陽電池124
★7.6表面態(tài)與界面態(tài)126
7.6.1表面態(tài)126
7.6.2界面態(tài)127
★7.7小結128
習題128
參考文獻128
附錄130
★附錄A常用物理常數(shù)表130
★附錄B常見太陽電池材料物理參數(shù)表130
★附錄C標準AM1.5太陽光譜輻照度131
★附錄D參考符號表135