【现货速发】光伏电池原理及应用
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作者王东,杨冠东,刘富德
出版社化学工业出版社
ISBN9787122187376
出版时间2014-01
装帧平装
开本16开
定价85元
货号23402594
上书时间2024-12-18
商品详情
- 品相描述：全新
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前言
进入21世纪以来，全球对清洁能源的需求与日俱增。以太阳能光伏发电为例，近十年全世界的光伏装机容量平均以每年50%的速度递增，截至2011年年底，全球累积光伏装机已达到70GW。中国2008年当年光伏组件安装达到40MW，之后呈现爆炸性增长，每年以3～5倍的速率递增，截至2011年年底全国累积光伏装机容量3?3GW，自2012年开始的“十二五”规划中设定光伏安装量在“十二五”结束时至少达到21GW。
尽管太阳能光伏发电已普通被民众广泛接受，光伏组件的规模化利用趋势也优于其他可再生能源，但与传统化石能源和水力发电相比(三峡水电站总装机容量为22?5GW)，光伏发电的比例仍然很小，并且对晶体硅材料过度依赖，成本尚未建立优势，因此开发更清洁、更廉价、更高效的光伏电池技术仍然是一个紧迫的任务。世界多国政府一直把光伏技术研发列为国家能源战略和科技发展规划中的重要组成部分，大量的人力物力投入促使光伏技术在过去的二十年里取得了飞速进步。目前各类光伏电池不下二十种，实验室效率超过40%，所用关键半导体材料涵盖无机、有机和高分子及纳米材料，制备工艺五花八门，电池形态也多种多样。其中晶体硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池均已实现大规模商业化生产，光伏行业直接从业人员近百万。
为了满足各类对光伏技术感兴趣的人士的需求，本书对多种光伏电池做了全面且有重点的介绍。首先本书归纳了光伏效应的基本原理和物理规律，让读者从理性上理解光电流、光电压产生的通用科学机制；随后通过讲述每一种电池的具体材料特性与制造工艺，使读者对主流光伏技术的应用现状和发展前景有初步的了解；后分析了光伏组件在实际系统应用中需要注意的问题，以便光伏研发人员在产品开发过程中更好地与实践相结合。笔者希望通过此书的出版，进一步普及太阳能光伏技术及其应用方面的知识，促进相关产业的发展。
本书第1至第3章由杨冠东负责编写，第4章、第5章、第10章由刘富德编写，其余章节由王东、苏志倩负责编写。本书在出版过程中得到北京大学李亚在文献调研方面的大力帮助，在此表示衷心的感谢。
编著者
2013年11月
导语摘要
本书着重介绍了各种光伏电池在科研领域的*进展与*概念，包括太阳能发电的特点、太阳能电池的原理及装置物性、单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板、多晶硅太阳能电池、非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池、太阳能在日常生活中的应用等。对于已经商业化生产的光伏电池,一并介绍其国内外产业化情况。
本书可供从事太阳能光伏电池及光伏发电系统研究、设计、运行和管理等工作的专业科技人员、技术管理人员使用，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。
作者简介
王东，北京大学工学院，特聘研究员，博导，长期从事太阳能光伏研究，先后在美国罗格斯大学（Rutgers University）、美国可再生能源国家实验室（NREL）进行光伏发电技术的开发与应用。其研究领域涵盖第二代薄膜（CIGS电池、聚光电池）和第三代（染料敏化电池、有机电池）光伏技术的研发，并取得多项重大成果。他的团队开发出的聚光薄膜电池效率超过21%，是现今世界上在连续光照下效率最高的薄膜电池。王东博士在知名科学刊物和专业会议上已发表近20篇论文，是美国化学学会、材料学会会员和Sigma Xi成员，并被收录进美国科技名人录（Marquis Who’s Who in Science and Engineering）。2007年在美国硅谷创办Optony Inc.，在对光伏发电系统进行设计与工程管理的实践当中，王东博士对世界各国的新能源特别是光伏相关政策进行了深入的研究，不但为光伏电力投资人节省了大量成本，同时也为产业政策措施的导向与制定积累了实际操作经验。王东博士于2009年被聘为北京大学工学院特聘研究员，博士生导师。
目录
1半导体材料1
1?1绝缘体，半导体，导体1
1?2半导体材料的晶体性质2
1?2?1半导体材料的晶格结构3
1?2?2常见太阳能电池材料的晶格结构5
1?3半导体能带6
1?3?1原子能级6
1?3?2能带的形成8
1?3?3波粒二象性10
1?3?4薛定谔方程11
1?3?5半导体中电子的能量与动量之间的关系13
1?3?6直接带隙和间接带隙半导体15
1?4半导体材料的掺杂16
1?4?1本征半导体16
1?4?2掺杂半导体17
1?4?3杂质能级的计算19
1?5载流子分布21
1?5?1费米分布21
1?5?2玻耳兹曼分布24
1?6载流子浓度25
1?7载流子的产生与复合30
1?7?1载流子的产生30
1?7?2载流子的复合34
1?8载流子输运39
1?8?1载流子连续性方程39
1?8?2载流子的扩散和漂移40
参考文献41
2半导体接触43
2?1半导体pn结43
2?1?1pn结的形成43
2?1?2pn结中的空间电荷区43
2?1?3pn结的能带44
2?1?4pn结的电流电压特性48
2?1?5pn结击穿55
2?2半导体异质结58
2?2?1异型异质结59
2?2?2同型异质结60
2?3金属半导体接触61
2?3?1金属半导体接触势垒61
2?3?2半导体表面态63
2?3?3金属半导体接触的电流输运理论64
2?3?4整流接触与欧姆接触66
2?4其他半导体接触68
2?4?1n+p+隧穿结68
2?4?2有机半导体材料异质结68
2?5太阳能电池的分类69
参考文献71
3太阳能电池基本原理72
3?1太阳光谱与太阳辐射73
3?2光照下的pn结76
3?2?1光照下pn结的电流电压特性78
3?2?2光照下pn结的量子效率谱81
3?2?3pn结各参数对量子效率的影响82
3?3表征太阳能电池的主要参数86
3?4太阳能电池的效率极限89
3?4?1太阳能电池极限效率的计算89
3?4?2太阳能光谱对太阳能电池极限效率的影响90
3?4?3半导体带隙与太阳能电池极限效率91
3?5太阳能电池的其他结构92
3?5?1异质结太阳能电池92
3?5?2p?i?n结太阳能电池93
3?6太阳能电池组件和系统94
3?7太阳能电池原理小结95
参考文献97
4晶体硅太阳能电池98
4?1晶体硅太阳能电池的基本结构98
4?2晶体硅材料的性质100
4?3晶体硅太阳能电池设计101
4?3?1太阳能电池中半导体材料的掺杂101
4?3?2太阳能电池中基区与发射区的厚度104
4?3?3太阳能电池表面108
4?3?4电极109
4?3?5光吸收114
4?4晶体硅太阳能电池的制造118
4?4?1晶体硅的制备118
4?4?2结的形成122
4?4?3前表面钝化与减反射层沉积124
4?4?4表面接触的制作124
4?5多晶硅太阳能电池127
4?6其他结构晶体硅太阳能电池130
4?6?1背面点接触太阳能电池130
4?6?2HIT太阳能电池131
参考文献132
5硅薄膜太阳能电池134
5?1引言134
5?2材料的性质和制备137
5?2?1非晶硅薄膜材料的性质与制备137
5?2?2微晶硅薄膜材料的性质和制备140
5?2?3多晶硅薄膜材料的性质和制备143
5?3器件设计152
5?3?1非晶硅及微晶硅太阳能电池结构152
5?3?2多晶硅薄膜太阳能电池结构设计158
参考文献161
6碲化镉光伏电池163
6?1碲化镉电池介绍163
6?2碲化镉电池发展历史164
6?3碲化镉的物理化学性质166
6?4碲化镉薄膜沉积172
6?4?1Cd和Te2蒸气在表面的冷凝/反应173
6?4?2Cd和Te离子在表面的电化反应175
6?4?3前驱物表面反应175
6?5碲化镉薄膜电池结构176
6?5?1窗口层176
6?5?2CdTe 吸收层和CdCl2处理177
6?5?3CdS/CdTe 互扩散181
6?5?4背接触184
6?5?5碲化镉电池的表征与分析186
6?6碲化镉组件191
6?7碲化镉薄膜电池展望193
参考文献196
7铜铟镓硒光伏电池202
7?1铜铟镓硒光伏电池基本情况介绍202
7?2铜铟镓硒的材料性质205
7?2?1结构与成分206
7?2?2光学性质和电子结构208
7?2?3电学性质209
7?2?4表面和晶界211
7?2?5衬底效果213
7?3铜铟镓硒的沉积方法213
7?3?1衬底和钠加入214
7?3?2背接触215
7?3?3共蒸发Cu(InGa)Se2215
7?3?4预制层反应工艺218
7?3?5其他沉积方法220
7?4铜铟镓硒电池器件制备220
7?4?1化学水浴沉积(CBD)220
7?4?2界面效应222
7?4?3其他沉积方法223
7?4?4其他缓冲层223
7?4?5透明导电层225
7?4?6高阻窗口层226
7?4?7器件完成227
7?5铜铟镓硒电池的性能评价227
7?5?1光生电流228
7?5?2复合230
7?5?3Cu(InGa)Se2/CdS界面234
7?5?4宽带隙和渐变带隙器件235
7?6铜铟镓硒电池的量产问题238
7?6?1工艺和设备238
7?6?2组件制造240
7?6?3组件行为和稳定性241
7?6?4生产成本243
7?6?5环境问题244
7?7铜铟镓硒电池技术展望245
参考文献246
8有机光伏电池256
8?1有机和高分子光伏效应的原理256
8?1?1有机材料的光电响应过程256
8?1?2有机/高分子材料的光伏过程259
8?2有机和高分子光伏电池的演化和类型263
8?2?1有机单层光伏电池(肖特基电池)263
8?2?2双层施主/受主异有机质结光伏电池(唐氏电池)264
8?2?3体异质结有机光伏电池266
8?2?4N型纳米颗粒/纳米棒与p型高分子复合型光伏电池268
8?2?5双连续有序纳米结构有机光伏电池(BONS)269
8?2?6串联结构的有机光伏电池269
8?2?7“理想”高效有机光伏电池272
8?3有机和高分子光伏电池的制备和表征272
8?3?1有机和高分子光伏电池的制备和稳定性272
8?3?2OPV产业的现状和挑战274
8?3?3小结和展望275
参考文献275
9染料敏化太阳能电池278
9?1染料敏化太阳能电池基本原理278
9?1?1染料敏化太阳能电池背景介绍278
9?1?2染料敏化太阳能电池工作机理279
9?2染料敏化太阳能电池的结构与材料282
9?2?1TCO 电极282
9?2?2金属氧化物半导体283
9?2?3染料(光敏剂)286
9?2?4氧化还原电解质290
9?2?5对电极292
9?2?6封装材料292
9?3染料敏化太阳能电池的发展与应用292
9?3?1染料敏化太阳能电池的稳定性293
9?3?2染料敏化太阳能电池的商业使用294
9?3?3染料敏化太阳能电池组件的工业生产295
9?3?4纤维状染料敏化太阳能电池295
参考文献297
10高效新概念太阳能电池301
10?1太阳能电池效率分析301
10?2叠层太阳能电池303
10?3中间带太阳能电池307
10?4上转换器和下转换器311
10?5热载流子太阳能电池312
10?5?1热载流子能量分析312
10?5?2热载流子太阳能电池结构317
10?6碰撞电离太阳能电池318
10?7热光伏太阳能电池和热光子转换器321
参考文献322
11光伏组件在发电系统中的应用323
11?1光伏组件自身成本及其对BOS的影响324
11?2光伏组件对系统发电量的影响326
11?2?1光伏组件结构对系统发电量的影响326
11?2?2系统中光伏组件的一致性对系统发电量的影响328
11?2?3光伏组件类型对系统发电量的影响329
11?3光伏组件的安全性333
11?4光伏组件能量回收期334
11?5光伏组件的回收334
11?6光伏发电系统的经济性335
内容摘要
本书着重介绍了各种光伏电池在科研领域的*进展与*概念，包括太阳能发电的特点、太阳能电池的原理及装置物性、单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板、多晶硅太阳能电池、非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池、太阳能在日常生活中的应用等。对于已经商业化生产的光伏电池,一并介绍其国内外产业化情况。
本书可供从事太阳能光伏电池及光伏发电系统研究、设计、运行和管理等工作的专业科技人员、技术管理人员使用，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。
主编推荐
王东，北京大学工学院，特聘研究员，博导，长期从事太阳能光伏研究，先后在美国罗格斯大学（Rutgers University）、美国可再生能源国家实验室（NREL）进行光伏发电技术的开发与应用。其研究领域涵盖第二代薄膜（CIGS电池、聚光电池）和第三代（染料敏化电池、有机电池）光伏技术的研发，并取得多项重大成果。他的团队开发出的聚光薄膜电池效率超过21%，是现今世界上在连续光照下效率的薄膜电池。王东博士在知名科学刊物和专业会议上已发表近20篇论文，是美国化学学会、材料学会会员和Sigma Xi成员，并被收录进美国科技名人录（Marquis Who’s Who in Science and Engineering）。2007年在美国硅谷创办Optony Inc.，在对光伏发电系统进行设计与工程管理的实践当中，王东博士对世界各国的新能源特别是光伏相关政策进行了深入的研究，不但为光伏电力投资人节省了大量成本，同时也为产业政策措施的导向与制定积累了实际操作经验。王东博士于2009年被聘为北京大学工学院特聘研究员，博士生导师。
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