太陽電池物理基礎(chǔ)

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(jié)16
習(xí)題17
參考文獻(xiàn)17
第章細(xì)致平衡原理與太陽電池J-V關(guān)系19
★2.1細(xì)致平衡原理19
2.1.1幾個重要概念19
2.1.2細(xì)致平衡原理的基本假設(shè)20
2.1.3細(xì)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(guān)系23
★2.4小結(jié)25
習(xí)題25
參考文獻(xiàn)25
第章載流子的統(tǒng)計分布與電流27
★3.1半導(dǎo)體材料的分類27
★3.2半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)28
3.2.1金剛石型結(jié)構(gòu)29
3.2.2閃鋅礦型結(jié)構(gòu)29
3.2.3纖鋅礦型結(jié)構(gòu)30
3.2.4巖鹽結(jié)構(gòu)30
目錄太陽電池物理基礎(chǔ)★3.3半導(dǎo)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(fèi)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(dǎo)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(dǎo)體的載流子濃度39
3.5.1本征半導(dǎo)體的載流子濃度39
3.5.2n型半導(dǎo)體的載流子濃度40
3.5.3p型半導(dǎo)體費(fèi)米能級42
3.5.4補(bǔ)償半導(dǎo)體43
3.5.5簡并半導(dǎo)體與非簡并半導(dǎo)體43
3.5.6缺陷44
3.5.7半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和遷移率44
★3.6準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)載流子的統(tǒng)計分布與電流45
3.6.1準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)的載流子濃度45
3.6.2準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)載流子的統(tǒng)計分布46
3.6.3準(zhǔn)熱平衡狀態(tài)載流子的電流47
★3.7漂移電流與擴(kuò)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(kuò)散和漂移50
★3.8小結(jié)50
習(xí)題51
參考文獻(xiàn)52
第章非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合53
★4.1非平衡載流子產(chǎn)生與復(fù)合的分類53
4.1.1非平衡載流子產(chǎn)生的分類53
4.1.2非平衡載流子復(fù)合的分類54
4.1.3產(chǎn)生率與復(fù)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(chǎn)生56
4.2.1非平衡載流子產(chǎn)生的微觀物理圖像56
4.2.2非平衡載流子產(chǎn)生的宏觀表現(xiàn)58
★4.3非平衡載流子的復(fù)合61
4.3.1輻射復(fù)合61
4.3.2俄歇復(fù)合66
4.3.3陷阱復(fù)合67
4.3.4表面復(fù)合和晶界復(fù)合70
★4.4載流子的輸運(yùn)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(dǎo)體的連續(xù)性方程72
★4.5小結(jié)74
習(xí)題75
參考文獻(xiàn)76
第章pn結(jié)及其伏安特性77
★5.1pn結(jié)的形成77
5.1.1pn結(jié)形成的物理過程77
5.1.2pn結(jié)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(shí)際載流子的分布82
★5.2pn結(jié)電流電壓特性83
5.2.1pn結(jié)的單向?qū)щ娦?3
5.2.2理想pn結(jié)的電流電壓特性86
★5.3pn結(jié)的制備方法89
5.3.1擴(kuò)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(jié)90
習(xí)題91
參考文獻(xiàn)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(yùn)的角度分析光電流Jph與暗電流Jdark93
6.1.2光照條件下pn結(jié)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(dá)式97
6.3.2空間電荷區(qū)的電流表達(dá)式98
6.3.3凈電流表達(dá)式99
6.3.4暗電流表達(dá)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(shí)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(jié)110
習(xí)題110
參考文獻(xiàn)111
第章半導(dǎo)體結(jié)113
★7.1載流子分離的內(nèi)部驅(qū)動力113
★7.2金屬－半導(dǎo)體接觸113
7.2.1歐姆接觸113
7.2.2肖特基接觸116
★7.3pin結(jié)118
★7.4同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)120
7.4.1同質(zhì)結(jié)120
7.4.2異質(zhì)結(jié)120
★7.5體異質(zhì)結(jié)122
7.5.1有機(jī)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(jié)128
習(xí)題128
參考文獻(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)AM1.5太陽光譜輻照度131
★附錄D參考符號表135