光伏技术与工程手册(原书第2版)
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作者(西)安东尼奥·卢克(Antonio Luque) 等
出版社机械工业出版社
ISBN9787111624875
出版时间2019-07
装帧精装
开本16开
定价298元
货号1201918850
上书时间2024-05-14
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目录
主编介绍
译者的话
原书序言
章太阳能光伏发电的成就和挑战1
1.1总述1
1.2什么是光伏3
1.2.1光伏组件和发电功率6
1.2.2收集太阳光:倾斜、方位、跟踪和遮挡7
1.2.3光伏组件和系统的成本预测8
1.3光伏的今天9
1.3.1光伏的历史9
1.3.2今天的光伏图9
1.3.3国家政策的关键作用11
1.3.4平价上网:光伏的终极目标12
1.4巨大的挑战15
1.4.1需要多少土地18
1.4.2原材料的可用性19
1.4.3光伏发电是否是清洁绿色技术20
1.4.4能量回收21
1.4.5可靠性21
1.4.6调度能力:提供能源需求22
1.5技术趋势23
1.5.1晶体硅的进展和挑战24
1.5.2薄膜技术的进步和挑战26
1.5.3聚光光伏的进展和挑战29
1.5.4第三代太阳电池的概念30
1.6结论31
参考文献31
第2章过去、现在和未来光伏产业成长过程中政策的作用34
2.1引言34
2.1.1能源工业的气候变化34
2.1.2光伏市场36
2.2选定国家的政策回顾38
2.2.1美国政策综述38
2.2.2欧洲45
2.2.3亚洲47
2.3政策对光伏市场发展的影响50
2.4未来光伏市场增长情况51
2.4.1扩散曲线51
2.4.2经验曲线52
2.4.3不同的政策方案之下,光伏发电在美国的扩散55
2.5走向可持续发展的未来65
参考文献65
第3章太阳电池物理72
3.1引言72
3.2半导体的基本性质74
3.2.1晶体结构74
3.2.2能带结构74
3.2.3导带和价带态密度76
3.2.4平衡载流子浓度76
3.2.5光吸收78
3.2.6复合81
3.2.7载流子输运84
3.2.8半导体方程87
3.2.9少子扩散方程87
3.2.10pn结二极管的静电特性88
3.2.11总结90
3.3太阳电池基本原理91
3.3.1太阳电池边界条件91
3.3.2产生率92
3.3.3少子扩散方程的解92
3.3.4终端特性93
3.3.5太阳电池I-V特性95
3.3.6太阳电池的效率97
3.3.7寿命和表面复合的影响99
3.4附加主题101
3.4.1光谱响应101
3.4.2寄生电阻效应102
3.4.3温度效应104
3.4.4聚光太阳电池106
3.4.5高注入106
3.4.6p-i-n制备的太阳电池386
3.4.7异质结太阳电池108
3.4.8详细的数值模拟109
3.5总结109
参考文献110
第4章光电转换的理论极限和新一代太阳电池111
4.1引言111
4.2热力学背景112
4.2.1基本关系112
4.2.2热力学的两个定律113
4.2.3局域熵增量113
4.2.4积分概念114
4.2.5辐射的热力学方程114
4.2.6电子的热力学方程116
4.3光电转换器116
4.3.1光电转换器的平衡方程116
4.3.2单色电池119
4.3.3Shockley-Queisser光伏电池的热力学一致性120
4.3.4整个Shockley-Queisser太阳电池的熵产生123
4.4太阳电池转换器的技术转换效率极限125
4.5超高效概念125
4.5.1多结太阳电池125
4.5.2热光伏和热光子转换器127
4.5.3多激子产生的太阳电池129
4.5.4中间带太阳电池130
4.5.5热电子太阳电池135
4.6结论139
参考文献140
第5章太阳能级硅材料144
5.1引言144
5.2硅145
5.2.1与光伏有关的硅的物理特性145
5.2.2与光伏有关的化学特性146
5.2.3健康、安全和环境因素147
5.2.4硅的历史和应用147
5.3金属硅和冶金硅的生产150
5.3.1二氧化硅的碳热还原法150
5.3.2提纯153
5.3.3铸锭和粉碎153
5.3.4商用硅材料的纯度154
5.3.5经济分析154
5.4多晶硅生产/电子级和光伏级硅155
5.4.1西门子法:氯硅烷和热丝156
5.4.2Union Carbide和小松工艺:单硅烷和热丝158
5.4.3Ethyl Corporation法:硅烷和流化床159
5.4.4经济和商业分析160
5.5现有用于太阳能的硅材料161
5.6晶体硅太阳电池对硅材料的要求163
5.6.1定向固化164
5.6.2晶体缺陷的影响166
5.6.3不同杂质的影响167
5.7太阳能级硅的技术路线173
5.7.1多晶硅工艺的进一步发展和涉及的挥发性化合物的新工艺174
5.7.2提升冶金级硅纯度的路径176
5.7.3其他方法179
5.7.4结晶法180
5.8结论180
参考文献181
第6章光伏用晶体硅的生长和切片184
6.1引言184
6.2单晶硅体材料184
6.2.1直拉(Cz)单晶硅186
6.3多晶硅189
6.3.1铸锭制备189
6.3.2掺杂190
6.3.3晶体缺陷191
6.3.4杂质193
6.4切片196
6.4.1多线片切片技术196
6.4.2切片工艺的显微过程198
6.4.3硅片质量和切割损伤199
6.4.4成本和尺寸考虑201
6.4.5新的切片技术201
6.5硅带和硅箔的生产201
6.5.1技术工艺描述203
6.5.2生产能力的比较208
6.5.3产业制造技术209
6.5.4硅带的材料性能和太阳电池210
6.5.5硅带/硅箔技术:未来的发展方向212
6.6晶体生长技术的数值模拟213
6.6.1模拟工具213
6.6.2硅结晶技术的热模型213
6.6.3体硅晶化模拟215
6.6.4模拟硅带的生长217
6.7结论217
参考文献218
第7章晶体硅太阳电池和组件222
7.1引言222
7.2光伏用晶体硅材料223
7.2.1体材料特性223
7.2.2表面223
7.2.3无接触的表面224
7.3晶体硅太阳电池225
7.3.1电池结构225
7.3.2衬底226
7.3.3前表面技术228
7.3.4背表面230
7.3.5尺寸效应230
7.3.6电池光学特性231
7.3.7特性比较233
7.4制备工艺234
7.4.1工艺流程234
7.4.2丝印技术240
7.4.3产能和成品率243
7.5对基本工艺的改进243
7.5.1硅片薄片化243
7.5.2背表面钝化244
7.5.3前发射区的改善244
7.5.4快速热处理245
7.6其他产业化工艺245
7.6.1硅带技术245
7.6.2带本征层的异质结电池246
7.6.3全背接触技术246
7.6.4Sliver电池247
7.7晶硅光伏组件247
7.7.1电池阵列247
7.7.2组件的层结构248
7.7.3层压249
7.7.4层压后处理步骤249
7.7.5自动化和集成化250
7.7.6特殊的组件250
7.8组件的电学和光学特性251
7.8.1电学和热学特性251
7.8.2制备过程中的分散性和失配损失252
7.8.3局部阴影和热斑的形成252
7.8.4光学特性254
7.9组件的现场特性255
7.9.1寿命255
7.9.2认证255
7.10结论256
参考文献256
第8章高效Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池263
8.1引言263
8.2应用266
8.2.1空间太阳电池266
8.2.2地面发电266
8.3Ⅲ-Ⅴ族多结和单结太阳电池物理学266
8.3.1不同波长下的光子转换效率266
8.3.2多结效率的理论极限267
8.3.3光谱分裂267
8.4电池结构268
8.4.1四端子268
8.4.2三端子268
8.4.3两端子串联(电流匹配)268
8.5串联器件性能计算268
8.5.1概述268
8.5.2顶部和底部子电池的QE和JSC269
8.5.3多结J-V曲线270
8.5.4电流匹配和顶电池的减薄272
8.5.5电流匹配对填充因子和VOC的影响272
8.5.6效率与带隙273
8.5.7光谱的作用275
8.5.8ＡＲ膜的影响275
8.5.9聚光应用276
8.5.10温度依赖性279
8.6GaInP/GaAs/Ge太阳电池相关材料281
8.6.1概述281
8.6.2MOCVD281
8.6.3GaInP太阳电池281
8.6.4GaAs电池289
8.6.5Ge电池289
8.6.6隧道结互联291
8.6.7化学腐蚀剂292
8.6.8材料的获取292
8.7外延表征和其他诊断技术292
8.7.1外延层的表征292
8.7.2传输线测量293
8.7.3多结电池的I-V测量293
8.7.4形貌缺陷的评定294
8.7.5器件诊断294
8.8可靠性和性能衰退296
8.9下一代太阳电池296
8.9.1晶格失配GaInP/GaInAs/Ge电池297
8.9.2倒置晶格失配GaInP/GaInAs/GaInAs(1.83eV,1.34eV,0.89eV)电池297
8.9.3其他晶格匹配的方法298
8.9.4机械叠层298
8.9.5在其他衬底上的生长299
8.9.6光谱分解299
8.10总结299
参考文献300
第9章空间太阳电池和阵列305
9.1空间太阳电池的历史305
9.1.1从先锋1号到深空1号305
9.2空间太阳电池的挑战308
9.2.1空间环境310
9.2.2热环境312
9.2.3太阳电池的校准和测量314
9.3硅太阳电池315
9.4Ⅲ-Ⅴ族太阳电池316
9.4.1薄膜太阳电池318
9.5空间太阳电池阵列320
9.5.1体装式阵列321
9.5.2刚性电池板平面阵列321
9.5.3柔性可折叠阵列322
9.5.4薄膜或柔性卷状阵列323
9.5.5聚光阵列324
9.5.6高温/高辐照强度阵列325
9.5.7静电清洁阵列326
9.5.8火星太阳电池阵列326
9.5.9电力管理与配电(PMAD)326
9.6未来可能的电池和阵列327
9.6.1低强度低温(LILT)电池327
9.6.2量子点太阳电池327
9.6.3集成发电系统328
9.6.4高比功率阵列328
9.6.5高辐射环境太阳电池阵列328
9.7发电系统的品质因素329
9.8总结330
参考文献331
0章光伏聚光器334
10.1光伏聚光的宗旨是什么,它有什么作用334
10.2目标、限制和机会335
10.2.1目标及优势335
10.2.2光伏聚光器的成本分析336
10.3典型聚光器:分类尝试338
10.3.1光伏聚光器的类型、组件和操作338
10.3.2聚光器的分类339
10.3.3可变光谱聚光系统340
10.4聚光光学:热力学极限341
10.4.1聚光光学系统中需要什么341
10.4.2一个典型的反射式聚光器341
10.4.3理想聚光倍数342
10.4.4创建一个理想聚光器344
10.4.5实际聚光器的光学系统344
10.4.6两级光学系统:二次光学结构346
10.5影响聚光器性能的光学因素348
10.5.1光学效率348
10.5.2接收器上光的分布和轮廓349
10.5.3接收角及传递函数350
10.6光伏聚光组件和模块352
10.6.1定义352
10.6.2聚光组件的功能和特性352
10.6.3组件中电池的电气连接353
10.6.4有关电池安装的热-机械效应354
10.6.5聚光组件的描述和制造问题356
10.6.6采用二次光学结构356
10.6.7带有反射元件(反射镜)的组件356
10.6.8基于模块的聚光器的描述和生产问题357
10.7聚光系统的跟踪358
10.7.1聚光光伏跟踪策略359
10.7.2跟踪系统的实际安装360
10.7.3跟踪控制系统361
10.7.4指向策略361
10.7.5结构及跟踪控制成本362
10.8聚光条件下的电池、组件及光伏系统测量362
10.8.1聚光电池的测量362
10.8.2聚光器单元和组件的测量363
10.8.3模拟器绝对和相对测量364
10.8.4聚光光伏组件和系统中的光学失配365
10.8.5配备多结太阳电池的聚光光伏组件和系统的测量366
10.8.6组件光学元件内部的多结电池367
10.8.7光伏聚光器的输出与光谱变化的日光的有效可用辐射367
10.9总结368
参考文献369
1章中高温方法制备晶体硅薄膜太阳电池372
11.1引言372
11.1.1为什么要研究c-Si薄膜太阳电池372
11.1.2晶体硅薄膜光伏技术和材料的分类373
11.1.3硅沉积方法374
11.1.4有晶种和无晶种生长硅薄膜的比较375
11.2模拟375
11.2.1吸收区扩散长度对太阳电池效率的影响375
11.2.2表面复合的影响376
11.2.3陷光的影响379
11.3在同质或者高温异质支撑材料上制备的晶体硅薄膜太阳电池380
11.3.1同质支撑材料380
11.3.2高温异质支撑材料384
11.4在中温异质支撑材料上制备的晶体硅薄膜太阳电池385
11.4.1在金属上
11.4.2在玻璃上制备的太阳电池387
11.5结论396
致谢397
参考文献397
2章非晶硅基太阳电池403
12.1综述403
12.1.1非晶硅:种可掺杂的非晶半导体403
12.1.2非晶硅太阳电池设计405
12.1.3Staebler-Wronski效应406
12.1.4本章大纲407
12.2氢化非晶硅的原子和电子结构407
12.2.1原子结构407
12.2.2缺陷和亚稳定性408
12.2.3电子态密度409
12.2.4带尾、带边和带隙410
12.2.5缺陷和带隙态410
12.2.6掺杂411
12.2.7合金化和光学性能411
12.2.8纳米晶硅简介413
12.3沉积非晶硅413
12.3.1沉积技术综述413
12.3.213.56MHz RF等离子体辅助化学气相沉积(RF-PECVD)414
12.3.3不同频率的PECVD416
12.3.4热丝化学气相沉积418
12.3.5其他沉积方法419
12.3.6氢稀释419
12.3.7高速沉积纳米晶硅(nc-Si)420
12.3.8合金和掺杂421
12.4理解a-Si pin电池422
12.4.1pin器件的电学结构422
12.4.2电压对吸收层厚度的弱依赖关系423
12.4.3对功率产生有用的厚度是多少424
12.4.4掺杂层和界面426
12.4.5光致衰退效应426
12.4.6合金和纳米晶电池427
12.4.7a-Si:H和nc-Si:H太阳电池的光学设计427
12.5多结太阳电池429
12.5.1多结太阳电池的优势429
12.5.2采用合金来改变带隙431
12.5.3a-Si/a-SiGe双结和a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结太阳电池432
12.5.4纳米晶硅(nc-Si)太阳电池436
12.5.5非微晶叠层以及其他纳米晶硅基多结电池437
12.6组件制造438
12.6.1不锈钢衬底上的连续卷对卷制造439
12.6.2玻璃上的上衬底a-Si组件生产440
12.6.3制造成本、安全性及其他441
12.6.4组件性能和可靠性441
12.7结论和将来的方向443
12.7.1a-Si基光伏的优势443
12.7.2a-Si光伏的现状和竞争力443
12.7.3进一步提升的关键问题和潜力444
致谢444
参考文献445
3章Cu(InGa)Se2太阳电池454
13.1引言454
13.2材料性质456
13.2.1结构和成分457
13.2.2光学性质和电学结构459
13.2.3电学性质460
13.2.4表面和晶界462
13.2.5衬底的影响463
13.3沉积方法464
13.3.1衬底和Na添加464
13.3.2背接触465
13.3.3共蒸发制备Cu(InGa)Se2465
13.3.4前驱物反应工艺466
13.3.5其他沉积方法469
13.4结和器件的形成469
13.4.1化学水浴法470
13.4.2界面影响471
13.4.3其他沉积方法471
13.4.4其他可选缓冲层472
13.4.5透明接触473
13.4.6高阻窗口层475
13.4.7器件完成475
13.5电池运行475
13.5.1光生电流476
13.5.2复合478
13.5.3Cu(InGa)Se2/CdS界面481
13.5.4宽带隙和梯度带隙器件482
13.6制造问题485
13.6.1工艺和设备485
13.6.2组件制备486
13.6.3组件性能和稳定性488
13.6.4生产成本489
13.6.5环境问题490
13.7Cu(InGa)Se2的前景491
参考文献492
4章碲化镉太阳电池500
14.1引言500
14.2发展历史501
14.3CdTe的性能503
14.4CdTe薄膜沉积508
14.4.1Cd和Te2蒸气的表面凝聚/反应508
14.4.2Cd和Te离子在表面的电还原511
14.4.3表面前驱物反应511
14.5CdTe薄膜太阳电池512
14.5.1窗口层513
14.5.2CdTe吸收层和CdCl2处理513
14.5.3CdS/CdTe的混合516
14.5.4背接触519
14.5.5太阳电池表征和分析521
14.6CdTe组件526
14.7CdTe基太阳电池的未来528
致谢530
参考文献530
5章染料敏化太阳电池537
15.1引言537
15.2DSSC
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