译者的话 太阳电池属于物理电源,是一种特殊的半导体器件。由于它 具有结构简单、制造方便、使用寿命长、維护筒便、可靠性髙、 原材料丰富、无污染、无噪音等优点,又有太作为它的取之不 尽、用之不竭的能源,因此,太阳电池不仅在人造卫星、宇宙飞 船等特殊应用中早就得到重视,而且,在诸如高山、海岛、牧场、 人烟稀少的边远地区也巳迅速推广。此外,它作为一种“光敏器 件”已正在光学仪器、自动挖制等领域与光电管相抗衡,无疑它 将具有很强竞争力。 太阳电油应用的迅速发展已经引起从事教学、科研、生和 应用的有关学者、工技术人员的极大兴趣和关注,并吸引了越 来越多的人加入到太阳电池研制、生产的行列。 本书作者马丁·格林( Martin a. Green)教授是澳大利 亚新南威尔士大学联合微电子研究中心太阳电池实验室负责人。 他不仅在MS太附电池理论方面造诣较深,丽且在工艺研究方 而也有不少成果。1984年,他领导的实验室所研制的MINP单晶 硅太阳电池的转涣效已达19.1%(AM1.5,28℃),这是至今 网际上所报导的最高水平。 本书比较系统扼要地介绍了太阳电池的基本理论;分析了限 制太阳电池转换效率的因素!详细描述了砖太阳电池、组件、方 阵和系统的设计、制造工艺、性能测试和应用,以及这方面的最 新进展;同时,它还提及聚光电池及其他半导体材料的太阳电 池,内容比较丰富。它可供从事太阳电池研制、生产和应用部门 的技术人员以及有关专业师生阅读。 参加本书翻译的有电了工业部第十八研究所的谢鸿礼、巾春 幸、郭印池、杜福生、郑彝盉、赵海滨、宋礼彬、胡宏勋、李秀
文、罗荣萱、赵秀田、王保民、张德群、伍炳珍十四位同志(按 参加翻译工作量多少顺序排列)。其中李秀文、谢鸿礼、赵海滨承 担了预审。全书最后由刘熙和李秀文同志进行了统一审校和加工 整理。第十八研究所毕道治总工程师对此书的翮译与出版工作给 予了热情的关怀和支持,并亲自审校了部分译稿。 〔i
目录 前言 第一章太阳电池和太阳光 1.1引言 ∴∴………1 1.2太阳电池发展概况…∷1 1.3阳光的物理来派∴ 1.4太阳常数 b.·甲.,面·甲4·、甲看·D垂 1.5地球表面的阳光强度∴ 1.6直接辐射和散射辐射 17太阳的视运动∴ 1,8太阳的日照数据 19小结∴∴ 第二章半导体的特性 2.1引言 ……13 2,2品休结构和取向∴ 13 2.3禁带宽度∴ 2.4允许能态的占有几率……16 电子和空穴 2.6电子与空穴的动力学∴…21 2.7允许态的能量密度 电子和空穴的密度∴ ●曲 ∴24 2.9Ⅳ族半导体的键模型 ·25 2.10族和V族擒杂剂… 2.11载流子浓度… 早鲁 2.12掺杂半导体中费密能级的位置… 31 2.13其他类型杂质的影响………32 2.14载流子的传输……………… 3 2.14.1溟移 °·······3
2.14.2扩散…∴…∴∴35 2.15小结· ∴∴36 第三章产生、复合及器件物理学的基本方程……39 3.I引言∴ …39 3.2光与平导体的相互作用∴…39 3.3光吸收∴∴ 42 3.3.1直接带半导体∴42 33.2间接带隙半导体…43 3.3.3其他吸收过程 ···非·◆p·鲁 ·47 3.4复合过程∴ 3.4.1弛豫到平衡 ●,,·,垂 3.4.2辐射复合 ∷“49 3.4.3俄歇复合∴…51 3.4.4通过陷阱的复合 3.4.5表面复合 35半导体器件物理学的基本方程∴……54 3.5.1引言∴…54 3.5.2泊松方程 3.5.3电流密度方程 3.5.4连续方程∴…55 3.5.5方程组∴ 36小结 ·57 第四章p-n结二极管 4,1 60 4.2p-n结的静电学…… 61 43结电容…64 4.载流子注入∴ 4.5准中作区的扩散流……67 4.6暗特忸∴………69 4.6.1准中性区中的少数载流子 少数载流子电流 ∴…71 4.7光照特性 73 〔vi
4.8阳电池的输出参数… .·76 49有限电池尺寸对I0的影响………77 4.10小结 ,甲春 ∴79 第五章效率的极限、损失和测量… 81 5.1引言…………………………81 5.2效率的极限 5.2,1概要………∴… 5.2.2短路电流∴…∷………81 52.3开路电压和效率 ·83 5.2.4黑体电池的效率板限……………85 5.3温度的影响……∴………86 5.4效率损失 5.4.1概要∴……87 5.4.2短路电流损失 88 5,4.3开路电压损失∴ 5.4.4填充因效的损失 M·90 5.5效率测试…… 5.6小结 96 第六章标准硅太阳电池工艺…………………98 6.1引言 6.2砂子还原为冶金级硅· 6.3冶金级硅提纯为半导体级…………101 64半导体级多晶硅变成单品硅片 102 6.5单品硅片制成太阴电池∴……[03 66太阳电池封装成太阳电池组件 105 6.6.1组件结杓 105 6.6.2电池的工作温度· 6.63组件的耐久性…∴ 6.6.4组件屯路设计…………………110 6.7熊量计算∴… 68小结 第七章改进的硅电池工艺…………………16 cvi〕