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白一鸣，陈诺夫，戴松元 等 编

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• 太阳能
• 太阳电池
• 光伏
• 半导体物理
• 材料科学
• 能源
• 物理学
• 光电转换
• 新能源
• 薄膜技术

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111473695

版次：1

商品编码：11549687

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-09-01

用纸：胶版纸

页数：152

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内容简介

　　《太阳电池物理基础》系华北电力大学可再生能源学院光伏科学与工程专业的专业课教材。《太阳电池物理基础》系统地介绍了太阳辐射的定量描述、细致平衡原理与太阳电池所涉及的基本概念、物理模型、伏安特性及一些典型太阳电池设计的基本理念。全书共7章，包括太阳能与太阳电池、细致平衡原理与太阳电池J-V关系、载流子的统计分布与电流、非平衡载流子的产生与复合、pn结及其伏安特性、太阳电池的伏安特性和半导体结。全书内容深入浅出、概念清晰、图文并茂、物理图像鲜明，非常适合作为光伏专业、能源专业或其他相关专业的本科生和研究生的专业教材。本书也可以作为光伏领域科学工作者和工程技术人员的参考资料，帮助其在太阳电池领域打下坚实的物理基础，为研发各种类型的太阳电池提供指导和帮助。

目录

前言
第章太阳能与太阳电池1
★1.1太阳辐射1
1.1.1几个重要名词1
1.1.2太阳表面辐照度的计算3
1.1.3地球大气层外太阳辐照度的计算4
1.1.4不同特征温度下黑体辐射的光子通量5
1.1.5影响地球表面太阳辐射的各种因素6
★1.2世界太阳能资源分布7
★1.3我国太阳能资源分布8
★1.4太阳能的利用方式10
★1.5太阳电池基本工作原理10
★1.6太阳电池发展历程12
★1.7太阳电池芯片、组件和系统15
★1.8小结16
习题17
参考文献17
第章细致平衡原理与太阳电池J-V关系19
★2.1细致平衡原理19
2.1.1几个重要概念19
2.1.2细致平衡原理的基本假设20
2.1.3细致平衡原理的证明21
★2.2太阳电池的光电流与暗电流22
★2.3太阳电池的J-V关系23
★2.4小结25
习题25
参考文献25
第章载流子的统计分布与电流27
★3.1半导体材料的分类27
★3.2半导体材料的晶格结构28
3.2.1金刚石型结构29
3.2.2闪锌矿型结构29
3.2.3纤锌矿型结构30
3.2.4岩盐结构30
目录太阳电池物理基础★3.3半导体中电子的状态和能带30
3.3.1薛定谔方程与布洛赫波31
3.3.2直接带隙和间接带隙32
★3.4热平衡状态载流子的统计分布与电流34
3.4.1状态密度34
3.4.2费米-狄拉克分布36
3.4.3麦克斯韦-玻尔兹曼分布37
3.4.4导带中电子浓度与价带中空穴浓度38
3.4.5热平衡状态的电流38
★3.5半导体的载流子浓度39
3.5.1本征半导体的载流子浓度39
3.5.2n型半导体的载流子浓度40
3.5.3p型半导体费米能级42
3.5.4补偿半导体43
3.5.5简并半导体与非简并半导体43
3.5.6缺陷44
3.5.7半导体的电导率和迁移率44
★3.6准热平衡状态载流子的统计分布与电流45
3.6.1准热平衡状态的载流子浓度45
3.6.2准热平衡状态载流子的统计分布46
3.6.3准热平衡状态载流子的电流47
★3.7漂移电流与扩散电流48
3.7.1电子亲和势48
3.7.2功函数49
3.7.3扩散和漂移50
★3.8小结50
习题51
参考文献52
第章非平衡载流子的产生与复合53
★4.1非平衡载流子产生与复合的分类53
4.1.1非平衡载流子产生的分类53
4.1.2非平衡载流子复合的分类54
4.1.3产生率与复合率55
4.1.4非平衡载流子的寿命56
★4.2非平衡载流子的产生56
4.2.1非平衡载流子产生的微观物理图像56
4.2.2非平衡载流子产生的宏观表现58
★4.3非平衡载流子的复合61
4.3.1辐射复合61
4.3.2俄歇复合66
4.3.3陷阱复合67
4.3.4表面复合和晶界复合70
★4.4载流子的输运方程71
4.4.1连续性方程71
4.4.2泊松方程72
4.4.3一维稳态半导体的连续性方程72
★4.5小结74
习题75
参考文献76
第章pn结及其伏安特性77
★5.1pn结的形成77
5.1.1pn结形成的物理过程77
5.1.2pn结接触电势差与势垒高度79
5.1.3空间电荷区电场、电势的分布及耗尽宽度的计算79
5.1.4空间电荷区实际载流子的分布82
★5.2pn结电流电压特性83
5.2.1pn结的单向导电性83
5.2.2理想pn结的电流电压特性86
★5.3pn结的制备方法89
5.3.1扩散法89
5.3.2合金法89
5.3.3薄膜外延法89
5.3.4离子注入法90
★5.4小结90
习题91
参考文献91
第章太阳电池的伏安特性92
★6.1太阳电池的工作原理92
6.1.1从载流子输运的角度分析光电流Jph与暗电流Jdark93
6.1.2光照条件下pn结能带的变化94
★6.2光生载流子的浓度和电流94
6.2.1电中性区的载流子浓度和电流95
6.2.2空间电荷区的载流子浓度和电流96
6.2.3净电流97
★6.3太阳电池的伏安特性97
6.3.1电中性区的电流表达式97
6.3.2空间电荷区的电流表达式98
6.3.3净电流表达式99
6.3.4暗电流表达式99
6.3.5短路电流与伏安特性方程100
★6.4太阳电池的伏安特性曲线101
6.4.1理想太阳电池的等效电路图与伏安特性曲线101
6.4.2描述太阳电池的几个重要参数102
6.4.3实际太阳电池的等效电路图与伏安特性曲线103
★6.5太阳电池的伏安特性测试与外量子效率测试105
6.5.1太阳电池伏安特性测试105
6.5.2太阳电池外量子效率测试108
★6.6小结110
习题110
参考文献111
第章半导体结113
★7.1载流子分离的内部驱动力113
★7.2金属－半导体接触113
7.2.1欧姆接触113
7.2.2肖特基接触116
★7.3pin结118
★7.4同质结与异质结120
7.4.1同质结120
7.4.2异质结120
★7.5体异质结122
7.5.1有机太阳电池122
7.5.2染料敏化太阳电池124
★7.6表面态与界面态126
7.6.1表面态126
7.6.2界面态127
★7.7小结128
习题128
参考文献128
附录130
★附录A常用物理常数表130
★附录B常见太阳电池材料物理参数表130
★附录C标准AM1.5太阳光谱辐照度131
★附录D参考符号表135

前言/序言

《光与物质的交响：探索晶体世界的奥秘》 这是一本关于晶体结构、电子行为以及它们之间微妙互动的科普读物。本书并非聚焦于某一特定应用，而是致力于揭示物质在微观层面上的基本规律，为读者构建一个清晰而深刻的理解框架。 第一部分：晶体的构建——微观的秩序与宏观的美 我们从构成物质最基础的单元——原子，以及它们如何有序地排列开始。本书将带领读者走进一个由原子构建的微观迷宫，探索不同晶体结构的形成原理，例如面心立方、体心立方、六方密堆积等。我们将通过生动的图示和形象的比喻，理解原子间的键合方式如何决定了晶体的宏观性质，如硬度、延展性和导电性。 原子间的舞蹈： 了解化学键的本质，如离子键、共价键和金属键，它们是如何将原子紧密地联系在一起，形成稳定的晶格。 几何的艺术： 深入解析各种晶体结构的几何特征，以及如何通过布拉维格子来系统地描述它们。我们将看到，简单的原子排列如何孕育出复杂多样的宏观形态。 缺陷的魅力： 并非所有晶体都完美无瑕。本书将探讨晶体中的各种缺陷，如空位、间隙原子、取代原子和位错。这些“不完美”往往是材料性能的关键所在，它们如何影响物质的机械强度、扩散过程乃至光学特性，将得到详细的阐述。 多晶的和谐： 大多数宏观材料都不是单一晶体，而是由许多微小晶粒组成的。我们将讨论晶粒尺寸、晶界以及它们对材料整体性能的影响。 第二部分：电子的旅程——在晶体中的自由与束缚 一旦我们理解了晶体的骨架，接下来将聚焦于构成物质活力的灵魂——电子。本书将详细介绍电子在晶体中的行为，以及它们如何被晶体结构所塑造。 能带理论的启示： 这是理解电子行为的关键。我们将循序渐进地介绍能带的概念，解释为什么有些材料是导体，有些是绝缘体，而另一些则是半导体。我们将深入理解导带、价带和禁带的意义，以及它们如何决定了电子的运动能力。 电子的跃迁与光： 电子在能级间的跃迁是许多物理现象的基础。本书将探讨电子如何吸收能量而跃迁到更高的能级，又如何回到较低的能级并释放能量，例如以光的形式。这将为理解光的产生和吸收机制打下基础。 载流子的世界： 在导体和半导体中，电子和空穴是主要的载流子。我们将研究它们的产生、复合以及在电场作用下的运动，理解电流的本质。 磁性的起源： 电子的自旋是产生磁性的根源。本书将介绍不同类型的磁性，如顺磁性、抗磁性和铁磁性，以及它们如何在晶体结构中体现出来。 第三部分：光与物质的互动——信息的传递与能量的转化 在理解了晶体结构和电子行为之后，我们将进入本书的核心——光与物质的互动。我们将深入探讨光子如何与晶体中的电子发生相互作用，从而产生丰富多彩的现象。 光的吸收与透射： 为什么有些材料对光是透明的，有些是半透明的，而有些则是完全不透明的？我们将从能带结构的角度解释光子能量与电子能级跃迁之间的关系，理解光的吸收和透射机制。 光的发射与荧光： 当电子从激发态回到基态时，它们会发射出光子。本书将详细介绍不同发光机制，如荧光和磷光，以及它们在晶体中的表现。 非线性光学现象： 在强光照射下，物质的光学性质可能不再是线性的。本书将初步介绍一些非线性光学效应，例如二次谐波产生，展现光与物质在更深层次的互动。 光电效应的原理： 光子能量的吸收导致电子的激发，这一过程是光电效应的基础。我们将探讨光电效应在不同材料中的表现，以及它在信息处理和能量收集方面的潜力。 散射的智慧： 当光穿过物质时，可能会发生散射。本书将介绍瑞利散射和拉曼散射等现象，它们如何为我们提供关于物质结构和振动的宝贵信息。 本书特色： 逻辑严谨，由浅入深： 从最基础的原子排列到复杂的光物质相互作用，本书构建了一个完整的知识体系，确保读者能够逐步理解。 概念清晰，图文并茂： 大量精心设计的插图和示意图，将抽象的微观概念可视化，帮助读者直观地掌握知识。 注重基础，不涉具体应用： 本书专注于揭示事物发生的根本原理，避免陷入特定技术的细节，从而使读者能够举一反三，触类旁通。 激发探索，培养科学思维： 通过对晶体世界和电子旅程的细致描绘，本书旨在激发读者对物质科学的好奇心，培养严谨的科学思维方式。 《光与物质的交响：探索晶体世界的奥秘》是一本引人入胜的科普读物，它将带领您领略微观世界的精妙规律，理解物质的本质，并感受光与物质之间那永恒而迷人的互动。无论您是物理学爱好者、材料科学的初学者，还是对世界充满好奇的探索者，本书都将为您打开一扇通往知识殿堂的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式非常独特，它不像一般的技术书籍那样平铺直叙，而是充满了故事性和画面感。作者在介绍太阳电池的发展历程时，就像在讲述一段波澜壮阔的科技史诗，从早期的理论萌芽，到实验室里的艰难探索，再到如今大规模的商业化应用，每一个阶段都被他描绘得栩栩如生。我能够想象到那些科学家们在简陋的实验室里，怀揣着改变世界的梦想，一次次地尝试，一次次地失败，又一次次地站起来。 在讲解一些复杂的物理概念时，作者也善于运用类比和比喻。比如，他将半导体的“晶格结构”比作一个整齐排列的“士兵队伍”，而“杂质原子”则像是混入队伍的“陌生人”，这些“陌生人”的出现，却能极大地改变队伍的“行为模式”，从而影响太阳电池的工作效率。这种形象的比喻，让抽象的物理概念变得触手可及，仿佛我能够亲眼看到那些微观粒子在半导体材料中忙碌的身影。这种叙述方式，让我在学习知识的同时，也获得了一种阅读故事般的享受。

评分☆☆☆☆☆

《太阳电池物理基础》这本书带给我的惊喜，还在于它对太阳电池技术前沿的深入剖析。作者并没有停留在已经成熟的技术上，而是将目光投向了未来，探讨了那些可能改变游戏规则的新兴技术。我尤其对书中关于“第三代太阳电池”的介绍印象深刻，比如有机太阳电池、染料敏化太阳电池以及前面提到的钙钛矿太阳电池。作者详细解释了这些新型电池的工作原理，以及它们相比于传统硅基电池的优势，比如低成本、轻质化、柔韧性等等。 在探讨这些新兴技术时，作者展现了他严谨的科学态度。他不会夸大其词，而是客观地分析这些技术的潜力与挑战。比如，对于有机太阳电池，他既指出了其在柔韧性和低成本方面的巨大优势，也指出了其在效率和稳定性方面仍需克服的困难。对于钙钛矿太阳电池，他则像一位充满激情的探险家，带领我们了解这个“冉冉升起的新星”所带来的巨大希望，同时也坦诚地告诉我们，它在长效稳定性和环境友好性方面，还需要进行大量的研究和突破。这种平衡的视角，让我对太阳电池的未来发展有了更全面、更真实的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑结构安排得非常合理，循序渐进，丝丝入扣。从最基本的概念入手，然后逐步深入到各种材料和器件的细节，最后再拓展到系统集成和未来发展。这种结构设计，让我在学习过程中不会感到迷茫，每一步都建立在前一步的基础上，仿佛在攀登一座知识的山峰，每攀登一层，视野就更加开阔。 我特别欣赏作者在介绍不同类型的太阳电池时，会回溯到基本原理。比如，在讲解薄膜太阳电池时，他会再次强调半导体材料的特性，以及如何通过控制薄膜的厚度和结构来优化其光电转换效率。这种“追根溯源”的讲解方式，让我能够真正理解各种技术创新背后的物理机制，而不是仅仅记住一些名词和参数。他对于“界面”在太阳电池中的作用的强调，也让我印象深刻，因为很多性能的损失都发生在材料的界面处，就像是不同区域的“边境线”，需要精心管理才能保证顺畅的“交通”。

评分☆☆☆☆☆

读完《太阳电池物理基础》，我才真正理解了“物理学是万物之母”这句话的深意。这本书将抽象的物理原理，比如量子力学、固体物理，与我们日常生活息息相关的太阳电池技术巧妙地结合在一起。作者在讲解光伏效应时，并没有直接抛出复杂的量子方程，而是从光子的能量“敲击”半导体材料，引发电子“跳跃”这样直观的画面入手，让我这个非物理专业人士也能轻松理解。 书中对“禁带宽度”的解释也让我受益匪浅。作者将其比作一道“能量门槛”，只有当光子的能量足够高，能够“越过”这道门槛时，才能激发电子，产生光伏效应。不同材料的“禁带宽度”不同，决定了它们能够吸收不同波长的光。这让我明白了为什么会有不同颜色的太阳电池，以及为什么有些太阳电池在阴天也能发电。作者还探讨了如何通过材料工程来“调控”这个“禁带宽度”，从而提高太阳电池的效率，这种对微观世界的精准调控，让我惊叹于人类智慧的力量。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光伏技术的未来发展趋势充满好奇，而《太阳电池物理基础》这本书在这方面给我提供了非常宝贵的洞见。它并没有止步于介绍现有的技术，而是大胆地展望了未来的可能性。作者在书中详细探讨了如何通过材料创新、器件结构优化以及系统集成来进一步提升太阳电池的效率和降低成本。我尤其对书中关于“多结太阳电池”的介绍印象深刻，作者将其比作“叠罗汉”，通过不同材料吸收不同波长的光，从而最大限度地利用太阳光谱。这让我了解到，在提高效率的道路上，科学家们已经走了多远，也让我看到了未来太阳电池可能达到的更高水平。 书中对“光捕获”和“载流子管理”等概念的阐述也让我大开眼界。作者用非常形象的比喻，比如把太阳电池的表面设计成纳米尺度的“锯齿状”或者“绒毛状”，来“捕捉”更多的光线，就像给电池穿上了一件“隐身衣”，让光线无处可逃。同时，对于载流子（电子和空穴）的“管理”，作者也做了细致的介绍，如何让它们在材料中“跑得更快”、“走得更远”，而不至于“迷失”或“ recombination”（复合），从而产生更多的电能。这些细节的讲解，让我意识到太阳电池的设计和制造是一个多么精妙而复杂的工程，也让我对那些默默无闻的科学家和工程师们充满了敬意。

评分☆☆☆☆☆

作为一个业余爱好者，我对“半导体物理”这个词汇一直感到有些畏惧，但《太阳电池物理基础》这本书彻底改变了我的看法。作者以一种非常耐心和易懂的方式，将复杂的半导体材料特性，比如能带结构、空穴和电子的产生与运动，巧妙地融入到太阳电池的工作原理讲解中。我原本以为会充斥着晦涩的公式和抽象的概念，结果却发现，作者用大量的生活化比喻来解释这些原理。比如，他会将半导体的能带比作“能量山丘”，电子和空穴则是“登山者”，它们需要足够的能量才能“翻过山丘”，从而形成电流。 书中对“P-N结”的讲解尤其让我印象深刻。作者并没有直接给出P型和N型半导体的定义，而是通过类比，比如将P型半导体想象成一个“缺少伙伴的派对”，而N型半导体则是一个“有多余伙伴的派对”，当这两个派对“碰面”形成P-N结时，就会产生一个“势垒”，这个势垒就像一个单向的“闸门”，只允许电子和空穴朝着一个方向“流动”。这种通俗易懂的解释，让我这个物理门外汉也能理解P-N结在太阳电池中扮演的关键角色。他还进一步解释了光照如何“打破”这个势垒，让电子和空穴“逃逸”，从而产生电能，整个过程就像是一场精心设计的“能量传递游戏”。

评分☆☆☆☆☆

《太阳电池物理基础》这本书，最让我触动的是作者对科学精神的传达。他不仅仅是在传授知识，更是在传递一种探索未知、勇于创新的精神。在介绍太阳电池的发展历程时，他提到了许多关键性的科学发现和技术突破，这些突破往往都来自于科学家们的坚持不懈的努力和大胆的想象。他鼓励读者，特别是年轻的读者，要保持好奇心，敢于质疑，勇于尝试。 书中关于“缺陷”的讨论也让我深思。作者在讲解半导体材料的缺陷时，并没有将其仅仅看作是“坏东西”，而是分析了不同的“缺陷”如何影响太阳电池的性能，以及如何通过一些“巧妙的”设计，比如引入特定的“杂质”，来“修复”或“利用”这些缺陷，从而提高电池的效率。这种“化劣势为优势”的思路，不仅体现在科学研究中，也同样适用于我们生活的方方面面。这本书让我认识到，科学的魅力在于对事物本质的深刻理解，以及对未知领域的持续探索。

评分☆☆☆☆☆

这本《太阳电池物理基础》绝对是我最近几年读过最让人兴奋的科技类书籍之一，尤其对于我这种对新能源领域充满好奇，但又没有深厚物理学背景的读者来说，它简直像一盏指路明灯。从一开始，作者就以一种非常生动且引人入胜的方式，将我们带入了太阳电池的微观世界。我原本以为会是一堆枯燥的公式和理论，但事实并非如此。书中的概念解释，比如光生伏特效应，并不是直接丢给你一个定义，而是通过形象的比喻，比如把光子想象成小锤子，敲击半导体材料的“电子池塘”，让电子“跳”出来，形成电流。这种“故事化”的讲解方式，让我一下子就抓住了核心。 书中花了相当大的篇幅来介绍不同类型的太阳电池，比如晶硅电池、薄膜电池，甚至还有一些新兴的钙钛矿电池。我特别喜欢作者对于每种电池的优缺点分析，以及它们在不同应用场景下的适用性。他没有回避技术的局限性，比如效率的瓶颈，成本的问题，稳定性等等，而是用一种非常客观的态度去呈现。让我印象深刻的是，作者在讲解薄膜电池时，生动地描述了它们如何通过更少的材料实现轻便和柔韧，这为太阳能的应用打开了新的想象空间，比如集成到建筑材料、服装，甚至可穿戴设备上。而对于钙钛矿电池，作者则像一位侦探，娓娓道来这种材料如何迅速崛起，以及它所面临的挑战，比如长期的稳定性问题，但同时也充满了对未来突破的期待。这种深入浅出的讲解，让我对太阳电池的整个发展脉络和技术前沿有了非常清晰的认识，不再是之前那种模糊的印象。

评分☆☆☆☆☆

《太阳电池物理基础》这本书，在我眼中，绝不仅仅是一本关于太阳能技术的书籍，它更像是一扇通往可持续能源未来的窗口。作者的笔触饱含着对环境保护和能源问题的深切关注，这种人文情怀贯穿始终，让我阅读时倍感振奋。我特别喜欢他在书中探讨的，太阳电池如何能够打破能源垄断，实现能源的民主化，让偏远地区的孩子们也能用上电，让发展中国家摆脱对化石燃料的依赖。这种宏大的愿景，让我不仅仅是学习知识，更是在为人类的未来感到乐观。 书中对太阳电池的经济性分析也十分到位。作者详细对比了不同类型太阳电池的成本效益，以及随着技术进步和规模化生产，太阳电池的成本是如何逐步下降的。他没有回避目前太阳电池在成本上的一些挑战，比如原材料的稀缺性，生产过程的能耗等，但同时也清晰地描绘了未来成本进一步下降的可能性，以及太阳电池如何成为一种越来越具有竞争力的能源选择。这种对现实的客观分析，与对未来的美好展望相结合，让我对太阳电池的普及充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我读起来“欲罢不能”的书。作者的文字充满力量，他能够将冰冷的技术数据转化为充满生命力的故事。我尤其喜欢他在描述太阳电池“工作”时所使用的比喻，比如将光子比作“小精灵”，它们在半导体材料中“跳跃”、“奔跑”，最终汇聚成一股强大的“能量之流”。这种生动的描述，让整个太阳电池的运行过程变得异常清晰和有趣。 书中对“效率”的深入探讨，也让我对太阳电池有了更深的认识。作者详细解释了各种影响效率的因素，比如材料本身的限制、器件的设计、制造工艺的误差，甚至是环境因素，比如温度和阴影。他没有回避太阳电池效率提升所面临的挑战，比如“Shockley-Queisser极限”，但他同时也展望了通过各种创新手段，如多结电池、量子点电池等，来突破这些限制的可能性。这种对科学前沿的探索，让我看到了太阳电池技术的无限潜力。

评分☆☆☆☆☆

不错，很有用的一样东东。

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还可以吧。。。。。。

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很不错的书，喜欢看。不错不错……

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……………………

评分☆☆☆☆☆

不错，很有用的一样东东。

评分☆☆☆☆☆

有点贵了，很薄的一本书，质量也不是很好，基础知识

评分☆☆☆☆☆

。

评分☆☆☆☆☆

不错的一本书，是一本合适的入门级教材，有兴趣可以读一下

评分☆☆☆☆☆

挺好的，书很新，很有用，还不错