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第1章 绪论1

1.1 太阳能技术分类1

1.2 光伏效应与太阳电池8

1.3 能源革命前夜19

1.4 光伏发电的战略地位和实施步骤23

1.5 太阳电池的发展27

参考文献35

第2章 太阳与太阳能39

2.1 引言39

2.2 太阳结构39

2.3 日地运动规律40

2.3.1 地球的自转和公转40

2.3.2 太阳的视运动41

2.3.3 斜面上的太阳辐射42

2.4 到达大气层外的太阳辐射能42

2.4.1 太阳常数42

2.4.2 大气质量43

2.5 太阳光谱43

2.5.1 黑体辐射43

2.5.2 标准太阳光谱44

2.6 到达地面的太阳辐射能45

2.7 中国和世界的太阳辐射能46

2.7.1 全球太阳能资源分布46

2.7.2 中国的太阳辐射能46

参考文献49

第3章 半导体物理基础50

3.1 引言50

3.2 半导体中的电子与空穴50

3.3 半导体掺杂效应53

3.3.1 n型掺杂、p型掺杂与电离53

3.3.2 掺杂半导体的载流子浓度54

3.3.3 半导体中不同类型杂质的相互补偿作用55

3.4 半导体中载流子的输运56

3.4.1 半导体中载流子的漂移56

3.4.2 半导体中载流子的扩散57

3.4.3 半导体中的电流58

3.5 半导体中的非平衡载流子58

3.5.1 非平衡载流子的产生与复合59

3.5.2 载流子复合机制60

3.5.3 表面复合与其他结构缺陷复合63

3.5.4 陷阱效应63

3.6 p-n结64

3.6.1 p-n结内建电场的形成65

3.6.2 p-n结I-V特性67

3.7 半导体与光的相互作用69

3.7.1 半导体的基本光学性能69

3.7.2 半导体的光吸收机制70

3.8 结语72

参考文献72

第4章 光伏发电原理与效率控制因素74

4.1 引言74

4.2 晶体硅太阳电池基本结构与原理75

4.2.1 晶体硅太阳电池基本构成、功能与工艺概述75

4.2.2 半导体太阳电池发电原理76

4.3 太阳电池输出性能参数78

4.3.1 太阳电池等效电路与基本参数78

4.3.2 太阳电池I-V特性与其他性能参数80

4.4 太阳电池计算模拟原理与应用—PC1D软件介绍83

4.4.1 半导体器件物理基本方程与太阳电池边界条件83

4.4.2 PC1D操作和应用介绍85

4.5 太阳电池能量转换效率的局限与损失88

4.5.1 太阳电池效率的自然局限88

4.5.2 太阳电池效率的技术性因素损失90

4.5.3 太阳电池效率优化分析92

4.6 结语94

参考文献95

第5章 晶体硅材料96

5.1 引言96

5.2 太阳能级多晶硅97

5.2.1 太阳能级多晶硅的特征98

5.2.2 多晶硅的生产技术选择102

5.2.3 多晶硅西门子生产技术108

5.2.4 低成本太阳能级多晶硅生产方法112

5.3 硅晶体生长技术114

5.3.1 直拉硅单晶生长114

5.3.2 铸造多晶硅生长120

5.3.3 铸造硅单晶生长124

5.3.4 硅晶体的掺杂127

5.3.5 硅晶体中的杂质129

5.3.6 硅晶体中的缺陷132

5.4 硅晶体加工技术135

5.4.1 直拉硅单晶的切断和切方135

5.4.2 铸造多晶硅的切方135

5.4.3 硅晶体切片136

5.5 结语137

参考文献137

第6章 晶体硅光伏电池的制备140

6.1 引言140

6.2 常规晶体硅光伏电池的制造方法140

6.2.1 表面制绒141

6.2.2 p-n结扩散142

6.2.3 边缘隔离刻蚀—去除磷硅玻璃143

6.2.4 淀积SiNx减反射膜144

6.2.5 丝网印刷正、背面金属145

6.2.6 金属烧结145

6.2.7 测量光电性能146

6.3 常规晶体硅光伏电池制造方法的提高146

6.3.1 正面金属化技术的改进147

6.3.2 选择性发射极（selective emitter,SE）电池技术148

6.3.3 离子注入发射极电池技术149

6.3.4 MWT电池技术150

6.4 高效晶体硅光伏电池的制造方法150

6.4.1 高效电池对晶体硅材料的要求——高载流子寿命151

6.4.2 表面钝化技术153

6.4.3 高效晶硅电池金属化技术155

6.4.4 陷光效应与背面光反射镜156

6.4.5 高效电池结构的设计159

6.5 一些高效晶硅光伏电池的结构159

6.5.1 PERL电池160

6.5.2 PERC电池和LFC电池163

6.5.3 n型衬底电池及其p型发射区表面的钝化技术164

6.5.4 IBC（背面接触电池）165

6.5.5 HIT（Heterojunction with intrinsic thin layer）异质结电池167

6.5.6 其他结构的高效晶硅太阳电池167

6.6 结语168

参考文献168

第7章 硅基薄膜太阳电池173

7.1 引言173

7.2 非晶硅材料与微晶硅材料174

7.2.1 非晶硅材料（α-Si:H）的结构特点174

7.2.2 非晶硅材料（α-Si:H）的光学、电学性质176

7.2.3 微晶硅（μc-Si:H）材料及特性178

7.2.4 硅基合金薄膜及特性181

7.3 非晶硅和微晶硅薄膜材料的生长183

7.3.1 非晶硅和微晶硅薄膜的沉积183

7.3.2 微晶硅薄膜生长模型184

7.3.3 工艺参数对微晶硅薄膜材料的影响186

7.4 非晶硅太阳电池与微晶硅太阳电池186

7.4.1 非晶硅太阳电池特点186

7.4.2 非晶硅太阳电池和微晶硅太阳电池结构187

7.4.3 玻璃衬底非晶硅和微晶硅太阳电池制造技术191

7.5 柔性硅基薄膜太阳电池195

7.5.1 ECD ＆ Uni-Solar不锈钢柔性衬底三结叠层硅基薄膜太阳电池196

7.5.2 FUJI公司塑料衬底双结叠层硅基薄膜太阳电池198

7.6 结语199

参考文献200

第8章 化合物薄膜光伏电池202

8.1 引言202

8.2 CdTe薄膜太阳电池203

8.2.1 CdTe薄膜太阳电池的发展历程203

8.2.2 CdTe薄膜太阳电池的结构与特点204

8.2.3 CdTe薄膜材料物性205

8.2.4 CdTe薄膜制备工艺205

8.2.5 CdTe薄膜太阳电池的发展趋势208

8.3 CIGS薄膜太阳电池209

8.3.1 CIGS薄膜太阳电池的发展历程210

8.3.2 CIGS薄膜太阳电池的结构与特点212

8.3.3 CIGS材料物性214

8.3.4 CIGS薄膜工艺217

8.3.5 CIGS太阳电池窗口层材料的制备工艺222

8.3.6 CIGS薄膜太阳电池产业化的发展趋势223

8.4 结语224

参考文献224

第9章 太阳电池组件231

9.1 引言231

9.2 太阳电池组件的分类231

9.3 晶体硅太阳电池组件232

9.3.1 晶体硅太阳电池组件的发展历史232

9.3.2 晶体硅太阳电池组件的原材料232

9.3.3 晶体硅太阳电池组件的制造工艺237

9.3.4 晶体硅太阳电池组件的焊接技术242

9.3.5 晶体硅太阳电池组件封装的功率损失245

9.3.6 晶体硅太阳电池组件的技术要求及定型试验248

9.4 刚性薄膜太阳电池组件250

9.5 BIPV光伏组件253

9.5.1 薄膜电池BIPV组件253

9.5.2 晶体硅电池BIPV组件254

9.6 非标准条件下太阳电池组件的发电模型255

9.6.1 非标准条件下太阳电池组件最佳工作电流255

9.6.2 非标准条件下太阳电池组件最佳工作电压255

9.6.3 非标准条件下太阳电池组件的工作温度255

9.6.4 非标准条件下太阳电池组件的输出功率256

9.7 结语256

参考文献256

第10章 逆变器、控制器等配套部件及主要材料258

10.1 引言258

10.2 离网型逆变器259

10.2.1 离网型逆变器的基本概念259

10.2.2 离网型逆变器的常见拓扑260

10.2.3 离网型逆变器的控制策略261

10.2.4 离网型逆变器的主要技术性能及评价选用262

10.3 并网逆变器264

10.3.1 并网系统的体系结构264

10.3.2 并网逆变器的常见拓扑265

10.3.3 并网逆变器的控制策略272

10.3.4 并网逆变器的技术性能276

10.4 控制器277

10.4.1 控制器的基本原理和要求278

10.4.2 充放电控制器的设计279

10.5 支架279

10.5.1 太阳能光伏支架的要求280

10.5.2 太阳能光伏支架的分类280

10.5.3 太阳能光伏支架的材质282

10.5.4 太阳能光伏支架系统的技术难点282

10.5.5 太阳能光伏支架的成本分析283

10.6 电线电缆283

10.6.1 电线电缆的基本概念283

10.6.2 电线电缆命名283

10.6.3 电线电缆型号285

10.6.4 电线电缆的应用分类285

10.6.5 电线电缆的产品分类286

10.6.6 电线电缆的选择287

10.7 接线及开关287

10.7.1 太阳电池组件与并网逆变器间接线288

10.7.2 太阳能电池阵列侧开关289

10.7.3 主开关289

10.7.4 避雷装置289

10.7.5 接地施工290

10.7.6 并网逆变器与配电箱接线291

10.8 最大功率点跟踪（MPPT）及孤岛效应问题292

10.8.1 最大功率点跟踪概述293

10.8.2 孤岛效应概述300

10.9 结语303

参考文献304

第11章 光伏发电系统及应用305

11.1 引言305

11.2 光伏系统的内部构成及其作用306

11.2.1 太阳电池306

11.2.2 汇流箱306

11.2.3 蓄电池307

11.2.4 逆变器307

11.2.5 保护开关箱和配电柜307

11.2.6 运行监控系统308

11.3 光伏系统309

11.3.1 离网型光伏系统309

11.3.2 并网型光伏系统312

11.3.3 光伏系统效率319

11.3.4 光伏微电网319

11.3.5 全球光伏联网系统322

11.4 光伏与建筑的结合323

11.4.1 建筑结合式光伏方阵（BAPV）324

11.4.2 建筑一体化光伏方阵（BIPV）325

11.5 结语330

参考文献330

第12章 空间光伏电池及空间发电系统331

12.1 引言331

12.2 空间用晶体硅光伏电池333

12.2.1 空间用晶体硅光伏电池概述333

12.2.2 空间用晶体硅光伏电池的制造337

12.3 空间用砷化镓光伏电池344

12.3.1 空间用砷化镓光伏电池概述344

12.3.2 空间用砷化镓光伏电池制备353

12.4 空间用薄膜光伏电池359

12.4.1 空间用薄膜电池的发展前景359

12.4.2 空间用薄膜电池分类360

12.4.3 空间薄膜太阳电池应用362

12.5 空间用光伏发电系统364

12.5.1 概述364

12.5.2 太阳电池阵构型与组成364

12.5.3 太阳电池阵设计368

12.5.4 太阳电池阵的制造371

12.5.5 太阳电池阵的试验、储存及运输372

12.6 空间太阳能电站373

12.6.1 概述373

12.6.2 国外空间太阳能电站设计方案374

12.6.3 我国发展空间太阳能电站的基本构想379

12.7 结语381

参考文献381

第13章 聚光光伏电池及聚光光伏发电系统383

13.1 聚光光伏分类383

13.2 低倍聚光电池及系统388

13.3 高倍聚光电池及系统390

13.4 跟踪系统396

参考文献400

第14章 光伏检测技术及检测仪器401

14.1 引言401

14.2 光伏I-V特性检测技术与太阳模拟器401

14.2.1 光伏I-V特性检测技术面临的问题402

14.2.2 标准则试条件（STC）与太阳能模拟器等级403

14.2.3 太阳电池的I-V特性测试原理404

14.2.4 太阳模拟器光学性能对检测结果的影响406

14.3 标准电池的标定410

14.3.1 空间标定法410

14.3.2 综合法411

14.3.3 二级工作标准电池412

14.4 光伏性能的评定412

14.4.1 替代峰值功率的光伏性能评价方法412

14.4.2 基于能量的光伏性能评价方法413

14.4.3 转换到标准条件下的方程415

14.5 光伏缺陷检测方法与仪器416

14.5.1 易导致电池缺陷的工艺417

14.5.2 太阳电池缺陷检测方法418

14.6 量子效率（QE）测量技术与仪器425

14.7 少子寿命测试分析技术与仪器427

14.7.1 光电导衰减法427

14.7.2 准稳态光电导衰减法428

14.7.3 微波反射光电导衰减法429

14.8 结语430

参考文献431

第15章 新型光伏电池与技术436

15.1 引言436

15.2 有机薄膜太阳电池436

15.2.1 有机薄膜太阳电池的发展436

15.2.2 卷对卷技术439

15.2.3 有机太阳电池的产业化442

15.3 染料敏化太阳电池与量子点太阳电池442

15.3.1 染料敏化太阳电池443

15.3.2 量子点太阳电池446

15.4 硅纳米结构太阳电池450

15.4.1 硅纳米线太阳电池450

15.4.2 纳米硅薄膜太阳电池458

15.5 等离子体技术在太阳能光伏上的应用462

15.6 多重激子效应及其在太阳电池上的应用467

15.7 结语470

参考文献470

第16章 储能技术479

16.1 引言479

16.2 机械储能技术481

16.2.1 抽水蓄能481

16.2.2 压缩空气储能486

16.2.3 飞轮储能489

16.3 电磁储能技术——超导储能495

16.4 化学储能技术500

16.4.1 钠硫电池储能技术500

16.4.2 锂离子电池储能技术506

16.4.3 液流电池储能技术518

16.4.4 超级电容器储能525

16.4.5 制氢储能530

16.5 结语538

参考文献538

第17章 智能电网与光伏发电技术548

17.1 引言548

17.2 智能电网549

17.2.1 智能电网的战略意义与发展现状549

17.2.2 智能电网的定义与主要特征552

17.3 智能电网的技术组成554

17.3.1 智能电网技术554

17.3.2 微电网与微能源网558

17.4 光伏发电并网技术562

17.4.1 集中式光伏发电集群并网技术563

17.4.2 分布式光伏发电并网技术565

17.5 结语570

参考文献571

第18章 光伏发电系统的可靠性及权威认证574

18.1 引言574

18.2 光伏组件可靠性575

18.2.1 光伏组件常见问题及主要影响577

18.2.2 主要原因及质量控制578

18.3 光伏部件的可靠性分析584

18.3.1 光伏逆变器584

18.3.2 光伏汇流箱590

18.4 光伏电站的可靠性分析595

18.4.1 主要故障及原因595

18.4.2 提高光伏电站可靠性的措施599

18.5 权威标准、检测和认证599

18.5.1 国际光伏产品认证体系599

18.5.2 国内光伏产品标准测试认证体系604

18.6 结语616

参考文献617

第19章 光伏发电国际标准及中华人民共和国国家标准目录619

19.1 引言619

19.2 光伏发电国际标准619

19.2.1 国际主要光伏技术委员会619

19.2.2 光伏发电国际标准目录620

19.3 光伏发电中华人民共和国国家标准631

19.3.1 我国太阳光伏能源系统标准体系631

19.3.2 自2012年以来新发布的中国国家标准概述632

19.3.3 光伏发电中国国家标准目录632

19.4 光伏发电行业标准和地方标准636

19.4.1 光伏发电行业标准和地方标准概述636

19.4.2 光伏发电行业标准和地方标准目录636

参考文献638

第20章 结语——挑战与机遇640

20.1 光伏发电的研究课题640

20.1.1 新型太阳电池技术640

20.1.2 光伏产业技术发展644

20.2 对光伏技术的综合评价649

20.2.1 太阳电池的生产成本649

20.2.2 光伏技术的环境问题651

20.2.3 光伏技术的经济问题653

20.2.4 光伏技术的社会效益653

20.3 光伏技术前景展望654

参考文献657

索引659