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《光伏电池原理》较全面地论述了光伏电池的工作原理与晶硅光伏电池设计的基础知识。全书共分8章，主要内容有：太阳辐射与光伏电池简况；半导体硅的电子态；杂质与缺陷；载流子浓度与导电性；载流子的产生和复合;pn结；光伏电池特性与效率；硅光伏电池的设计。

《光伏电池原理》既可作为新能源科学与工程、新能源材料与器件专业的教材使用，也可供从事光伏发电及相关领域的科技工作者参考。

第1章太阳辐射与光伏电池简况1

1.1太阳辐射的物理来源1

1.2太阳常数与大气质量2

1.3大气层对太阳辐射的影响3

1.4大气透明度*（选修）6

1.5到达水平地面的太阳辐照度计算*（选修）7

1.6天球坐标系*（选修）7

1.6.1地平坐标系8

1.6.2时角坐标系8

1.6.3中天9

1.7太阳的视运动9

1.8日照数据9

1.9中国太阳能分布10

1.10光伏电池发展概况12

1.10.1晶硅光伏电池13

1.10.2薄膜光伏电池14

1.10.3新型光伏电池14

习题15

参考文献16

第2章半导体硅的电子态17

2.1单晶硅的晶体结构与晶体结合17

2.2晶体的电子状态与能带结构19

2.2.1原子的能级和晶体的能带19

2.2.2半导体中电子的状态和能带21

2.2.3导体、半导体和 缘体的能带24

2.3电子有效质量26

2.3.1半导体中E（k）与k的关系26

2.3.2半导体中电子的平均速度27

2.3.3半导体中电子的加速度27

2.3.4有效质量的意义28

2.4本征半导体及空穴的概念29

2.5回旋共振实验*（选修）31

2.5.1k空间等能面32

2.5.2回旋共振33

2.6单晶硅的能带结构*（选修）35

2.6.1导带结构35

2.6.2硅的价带结构37

习题39

参考文献39

第3章杂质与缺陷40

3.1单晶硅的杂质能级40

3.2单晶硅的掺杂剂41

3.2.1施主杂质和施主能级41

3.2.2受主杂质和受主能级42

3.2.3浅能级杂质电离能的简单计算43

3.2.4深能级杂质44

3.3杂质的补偿45

3.4单晶硅中的缺陷46

3.4.1空位和间隙原子47

3.4.2位错47

3.4.3晶粒间界48

3.5太阳能级单晶硅材料49

习题50

参考文献50

第4章载流子浓度与导电性51

4.1状态密度51

4.1.1k空间中量子态的分布52

4.1.2状态密度52

4.2费米能级与载流子的统计分布54

4.2.1费米分布函数54

4.2.2玻尔兹曼分布函数55

4.2.3导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度56

4.2.4载流子浓度乘积n0p059

4.3本征载流子浓度60

4.4掺杂半导体的载流子浓度61

4.4.1杂质能级上的电子和空穴61

4.4.2n型半导体的载流子浓度63

4.4.3p型半导体的载流子浓度67

4.4.4少数载流子浓度70

4.4.5一般情况下的载流子统计分布70

4.5载流子的散射72

4.5.1载流子散射的概念72

4.5.2半导体的主要散射机构72

4.6载流子的漂移78

4.6.1漂移运动和迁移率78

4.6.2平均自由时间和散射概率的关系81

4.6.3迁移率与平均自由时间的关系81

4.6.4迁移率与杂质和温度的关系82

4.7杂质能级的电子占据概率*（选修）85

4.7.1电子占据杂质能级概率的讨论85

4.7.2求解统计分布函数86

习题88

参考文献88

第5章载流子的产生和复合89

5.1非平衡载流子的注入方式和复合概念89

5.2非平衡载流子的寿命90

5.3准费米能级91

5.4载流子的产生机制92

5.4.1吸收系数92

5.4.2直接带隙半导体的吸收94

5.4.3间接带隙半导体的吸收95

5.4.4其他吸收过程96

5.5载流子的复合机制97

5.5.1直接复合97

5.5.2间接复合99

5.5.3表面复合103

5.5.4俄歇复合104

5.5.5陷阱效应106

5.6载流子的扩散运动、爱因斯坦关系式108

5.6.1载流子的扩散运动108

5.6.2爱因斯坦关系式111

5.7半导体器件物理学基本方程113

5.7.1泊松方程113

5.7.2电流密度方程114

5.7.3连续性方程114

5.7.4基本方程组115

习题115

参考文献116

第6章pn结117

6.1pn结的制备与杂质分布117

6.1.1合金法117

6.1.2扩散法118

6.2pn结静电学118

6.2.1空间电荷区与能带图118

6.2.2pn结接触电势差120

6.2.3pn结载流子浓度分布121

6.2.4势垒区特性123

6.3pn结的I-V特性128

6.3.1非平衡状态下的pn结128

6.3.2理想pn结模型及电流电压方程130

6.3.3影响理想I-V曲线的各种因子133

6.4pn结电容138

6.4.1pn结电容的来源138

6.4.2突变结的势垒电容139

6.4.3线性缓变结的势垒电容140

6.4.4扩散电容141

6.5pn结击穿142

6.5.1雪崩击穿142

6.5.2隧道击穿（齐纳击穿）142

6.5.3热电击穿144

习题144

参考文献145

第7章光伏电池特性与效率146

7.1光伏电池的光照特性146

7.2光伏电池的输出参数147

7.3光电转换效率的影响因子148

7.3.1影响Isc的因子148

7.3.2Voc与η的关系149

7.3.3温度的影响150

7.4有限尺寸光伏电池的光电转换效率151

7.4.1有限尺寸对饱和电流Is的影响151

7.4.2短路电流的损失152

7.4.3开路电压的损失152

7.4.4填充因子的损失153

7.5光伏电池特性的测量155

习题156

参考文献157

第8章硅光伏电池的设计158

8.1光生载流子的收集概率158

8.2p型衬底掺杂浓度的确定161

8.3n型扩散吸收层的考量162

8.3.1pn结结深的影响162

8.3.2扩散n＋层横向电阻的影响163

8.3.3磷硅玻璃层问题165

8.3.4重掺杂效应166

8.3.5对饱和电流密度的影响166

8.4背面场的影响166

8.5光照正面栅电极的设计166

8.6减反射膜与绒面的作用171

8.6.1减反射膜171

8.6.2绒面172

8.7光谱响应174

8.8小结175

习题175

参考文献176

附录177

附录1常用物理常数表177

附录21eV能量对应的变换表等价量177

附录3几种半导体材料的特征参数177

附录4工程计算中的辐射量问题178

周继承，男，博士，中南大学材料能源与环境工程学院，教授，系主任，博士生导师。长期从事光伏与光电领域的应用基础研究与高层次人才培养工作。作为项目负责人或执行负责人完成了 自然科学基金重大项目、863项目等课题20余项。

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书籍介绍

《光伏电池原理》较全面地论述了光伏电池的工作原理与晶硅光伏电池设计的基础知识。全书共分8章，主要内容有：太阳辐射与光伏电池简况；半导体硅的电子态；杂质与缺陷；载流子浓度与导电性；载流子的产生和复合;pn结；光伏电池特性与效率；硅光伏电池的设计。 《光伏电池原理》既可作为新能源科学与工程、新能源材料与器件专业的教材使用，也可供从事光伏发电及相关领域的科技工作者参考。