本书主要面向普通高等院校新能源材料方向的本科生、研究生以及从事太阳能研究的初学者和技术人员。本书共分为11章，包括绪论、太阳辐射与太阳能、半导体与PN结、太阳能电池基础、太阳能电池设计、太阳能电池光电转换效率极限与叠层电池、太阳能电池组件化与封装技术、太阳能电池测试表征技术、晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和新型太阳能电池。本书内容交叉融合物理、材料及电子等多学科的知识，在章节设计上兼顾基础、应用和前沿技术。本书从太阳能电池基本原理出发，注重培养学生在太阳能电池设计上的实践能力，也引入了大量光伏技术的新进展介绍。本书在各章后设置了课后思考题，加强学生对基础知识的掌握，并针对太阳能电池设计的具体问题提供了设计案例。本书还提供了模拟仿真实验和视频资料等线上教学资源，帮助学生掌握相关知识。
本书内容交叉融合物理、材料及电子等多学科的知识，在章节设计上兼顾基础、应用和前沿技术。本书从太阳能电池基本原理出发，注重培养学生在太阳能电池设计上的实践能力，也引入了大量光伏技术的新进展介绍。。
气候变化是当今人类社会面临的严峻挑战之一。开发和利用可再生能源，以摆脱对化石燃料的依赖，并降低二氧化碳排放量，已经成为全球的共识。我国已明确提出在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和的宏伟目标。在此背景下，以光伏为代表的新能源在一次能源结构中的占比将逐步提高。我国太阳能电池产量和装机容量均位居世界第一，已经成为光伏领域的领军国家，对从事太阳能电池生产、设计与应用的专业人才的需求也不断增加。近年来，太阳能电池技术取得了显著的进步。硅太阳能电池结构不断迭代更新。非晶硅和碲化镉等薄膜太阳能电池已获得商业化应用。有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池以及叠层太阳能电池等新型太阳能电池不断获得技术突破，展现出巨大的应用前景。对不同类型的太阳能电池的设计和开发，均要求相关人员深入理解太阳能电池的工作原理，并掌握其基本设计方法。因此，本书主要围绕太阳能电池的原理和设计展开，全书共分为11章，从内容上可分为4个部分：1）太阳能电池的发展的历史、现状和未来趋势（第1章）。2）太阳能电池的工作原理及相关物理基础（第2～4章）。3）太阳能电池及组件的设计方法与表征技术（第5～8章）。4）太阳能电池材料及制备技术（第9～11章）。第1）部分详细介绍了太阳能电池的发展历史、发展现状、存在的问题及发展方向。第2）部分主要介绍了太阳能电池的相关物理基础知识及太阳能电池的工作原理，包括光与半导体的基本性质、太阳辐射、PN结形成的机理、光伏效应、太阳能电池的工作原理、光生载流子的生成与分离过程、太阳能电池的主要性能参数及影响因素等，本部分内容为后面章节奠定了基础。第3）部分是本书的重点内容。本部分全面系统地介绍了太阳能电池的光学与电学损失的主要来源、影响因素以及优化的手段，太阳能电池的理论效率极限，突破SQ极限的途径以及叠层太阳能电池技术，太阳能电池组件化技术，封装技术及组件应用中效率衰减的重要问题。此外，本部分针对太阳能电池的表征方法，详细介绍了IV曲线测试、量子效率测试、瞬态光电测试、载流子寿命与迁移率测试，太阳能电池电致发光成像技术等多种测试表征技术。本部分的内容可以指导读者进行太阳能电池的设计与优化。第4）部分主要介绍了不同类型太阳能电池的材料和制备技术，包括晶体硅太阳能电池，非晶硅、铜铟镓硒和碲化镉等薄膜太阳能电池，染料敏化、有机、量子点、钙钛矿和非铅钙钛矿等新型太阳能电池，并分别介绍了相关材料的特性及太阳能电池制备工艺与流程，本部分的内容涵盖了常见的太阳能电池种类。本书的第1、2、5、8章由李祯编写，第3、6章由李灿编写，第4章由宋霖编写，第7章由肖传晓编写，第9、10、11章由佟宇和王昆编写。本书的编写还得到了郅冲阳、万志、杜黎明、张尚宸和廖祥宇等同学的帮助，在此表示感谢。此外，本书的编写参考了相关文献，在此向原作者表示衷心的感谢！由于编者水平有限，书中疏漏、欠妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。编者
高等院校教师
前言第1章绪论111太阳能电池的发展历史112太阳能电池的发展现状413太阳能电池存在的问题及发展方向8思考题16参考文献16第2章太阳辐射与太阳能1721光的基本性质1722光源的光谱特性1823大气吸收与太阳光谱2024太阳运动与辐射角度2225太阳能的时间与空间分布23思考题26参考文献26第3章半导体与PN结2731半导体材料2732半导体的禁带宽度2833半导体的光吸收3234半导体的掺杂3435载流子传输4036载流子复合4237半导体PN结46思考题52参考文献52第4章太阳能电池基础5341太阳能电池工作原理5342太阳能电池JV曲线5643串并联电阻与等效电路6144载流子的传输与复合6645辐照度对太阳能电池性能的影响7046温度对太阳能电池性能的影响74思考题79参考文献80第5章太阳能电池设计8151太阳能电池的光学损失与光学设计8152太阳能电池的电学损失与电学设计8753太阳能电池的复合损失与结构设计9154太阳能电池模拟仿真94思考题97参考文献97第6章太阳能电池光电转换效率极限与叠层电池9961光电转换效率的热力学极限9962ShockleyQueisser效率极限10063叠层太阳能电池设计10364ⅢⅤ族叠层太阳能电池10665钙钛矿/硅叠层太阳能电池10966钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池114思考题119参考文献120第7章太阳能电池组件化与封装技术12371晶体硅太阳能电池组件12372薄膜太阳能电池组件结构与制备技术12673局部遮挡与热斑效应12874封装与可靠性测试13075太阳能电池组件的可靠性136思考题142参考文献142第8章太阳能电池测试表征技术14381IV曲线测试14382量子效率测试14983瞬态光电测试15284载流子寿命与迁移率测试15985电致发光成像技术164思考题170参考文献170第9章晶体硅太阳能电池17591硅的冶炼与提纯17592晶体硅与硅片的制备17893晶体硅太阳能电池的制备流程18294晶体硅太阳能电池的技术演进187思考题193参考文献193第10章薄膜太阳能电池194101薄膜太阳能电池材料与分类194102非晶硅薄膜太阳能电池197103铜铟镓硒薄膜太阳能电池202104碲化镉薄膜太阳能电池206思考题210参考文献210第11章新型太阳能电池212111染料敏化太阳能电池212112有机太阳能电池216113量子点太阳能电池221114钙钛矿太阳能电池226115非铅钙钛矿太阳能电池234思考题240参考文献240
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