的情况就复杂些。地面阳光的利用率,强度和光谱成分的变化显 著且无法预测。晴天,阳光通过大气层的路程,即光学大气质量 是一个重要的参数。对不太理想的天气,阳光的间接辐射,即散 射辐射部分尤为重要。合理地估算每年衣水平面上接收到的总辐 射量(直射+散射),对于世界上大部分地区是有实用价值的 但是,当将这些估算数据用于具体地点时,白于各地地理条件有 很大差异,可能引入误差,而在换算成倾斜面上的辐射时,得到 的是近似值。 练习题 1.1已知太到地球,水展和火星的平均距离分别为1.50×1012 58×100m和2.28x1012m,请估算水星和火星的太阳高度。 12太阳在相对水平成30°角的高度,其相应的大气质量是多少? 1.3计算6月21日中午在悉尼(南纬34°),圣弗朗西斯科(北纬38”) 和舒德里(北纬29°)的太阳高度。 1.4夏至中午在阿尔伯克基、新酉呼(上纬35°)总镏射是60mW/ cm2,假定30%是放射辐射,并且取如下近似:组件局用地面无反射,散射辐 射在空间是均匀的。试佔算与水平成45°角的面向南的平面上的牺射强度。 參考文献 C1 1 M. Wolf, "Historical Development of Solar Cells,"in Solar CelIs, ed. C. E. Backus (New York, IEEE Press, 1976) C1.2) R. Siegel and J. R. Howell, Thermal Radiation heat Transfer (New York, McGraw-Hill, 1972) C1.3) M. P. Thekackara, The Solar Constant and the solar Spectrum Measured from a Research Aircraft, NASA Technical Report No, R-351, 1970 〔1.4〕P.R,Cast,“ Polar Radiation," in Hand book of Geop hysics, ed. C. F. Campen et al. (New York: Macmillan, 1960),PP.14~16to6~30 [. 5) Terrestrial Photovoltaic Measurement Procedures
Report ERDA/NASA/1022-77/16. June 1977 [1.8) B. Y. Liu and R. C. Jordan,"The Interrelationship and Characteriatic Distribution of Direct. Diffuse and Total Solar Radiation, Solar Energy 4(July 1960), 1~19 t1.7 G.O.G. Lof,3. A. Duffie, and C.e. Smith, World Distribution of Solar Energy, Report No. 21, Solar Energy Laboratory, University of wisconsin, July 1966
第二章半导体的特性 2.1引言 在第一章中概述了阳光的特性,现在该看看太阳能光伏转换 巾的另一个重要角色一—半导体材料的特性了。 本章的目的并不是从基六原痤出发严格地论述半导体的特 性,而是着重叙述那些对于大阳电池的设计和使用非常重要的半 导体性质。因此,本章对已经熟悉半导体性质的读老可作为一个 筒捷的复习,而对那些不怎么熟悉这些性质约读者,本章有足够 资料为他们理解以后各章内容打好基础。为加强这个基础, 后一类读者可选一本更深入论述半导体性质的专著作为参考 书 2.1~2.4 2.2晶体结构和取向 木书所谈到的大部分光伏材料都属于品体,起码在微观上是 如此。理想晶体的特征是组成品体的原予有规则地作周期性的排 列。按照这样有规则的排列,可由小构造单元重叠成整个晶体。 最小的这种重复单元称为“原胞”。这种原胞当然包含有重现晶 体中原子位置所需约个部参数,但它们常常具有不规范的形状。 因此,采用较大的单晶胞(简称单胞)对工作较为方便,单胞 也包含以上的参数,但形状较简单。例如,图2.1(a)表示面 心立方原子排列的单息,而图2.1(b)则表示相应的原胞。单 胞的三条棱是正交的,而原则不然。单胞的棱的长度称为晶格 常数。 晶体内平面的取向可利用密勤指数系统用单胞结构来表示。 13
lal 图2.1 (a)面心立方原子排列的单胞。选择这样的单胞以便其三条橈是正交的, 矢量、6和是每个方向上的单位失量; (b)相同原子排列的原胞 如图2.1(a)所示,用沿单胞的三条棱所作的三个矢量作为坐 标系的坐标轴,设想要定方位的平面通过坐标系原点,然后考虑 平行于这个平面且通过坐标轴上原子位置的下一个平面。图2.2 示出一个例子,在此例子中,沿每个轴的截距是离原点为1、3 和2个原子间隔,取倒数得出1、1/3和1/2。具有相同比例的 最小整数是6、2和3。因此,该平面用密勒指数表示为(623) 平面。负截距可用在相应的数的上方加一横线表示(例如一2可写 成2)。 晶体内的方向用矢量符号的缩写形式表示,在所求方向上的 矢量可按比例缩放,因此可用+k6+1的形式表示。这里a 6和e是沿着如图2.1(a)所示的坐标系的各个轴的单位矢 量,h、k和?是整数。因此,这个方向用〔h方向来描述 用方括号表示方向,以有别于密勒指数。注意:对于立方单胞来 说,[h方向垂直于(h!l)平面。 最后,在晶体结构内部存在着等值的平面。例如;对于图 2.1(a)的面心立方晶格来说,(100),(010)和(001)平面
图2,2用密勒指数(623)描述的晶体平面 的风别只依赖于原点的选择。一组相应的等值平面集合起来称为 100}组,在此情况下,使用大括号。 图2.3(a)示出在许多半导体中发现的对太阳电池技术起 重要作用的原子排列,这些是硅(Si)、砷化镓(GaAs)和硫 化镉(CdS)三种晶体的排列。后两种是晶体结构中含有一种以 原子的化合物半导体,这种排列通常称为金刚石晶格或内锌矿 晶格(对于象GaAs那柝的化合物半导体)。如图表明的那样, 这利晶体的早胞是立方体。图2.3(b)~(d)示出从所选择的方 向看到的原子排列。这些图使我们更看清了原子在不同方向白然 排列的重大差别,这些差别引起了太阳电池工艺中重要的方向变 化(例如;见习题2.2)。 魔成