光伏技术与工程手册（原书第2版）

本书是一本全面论述太阳能光伏发电所有涉及领域的技术论著。书中由浅人深地论述了太阳能光伏发电各个方面的基本原理与实际工程技术内容。另外，书中还全面地论述了各种技术的全新进展,并给出了大量的参考文献，如果读者想继续深人地探讨相关技术，可以很方便地从书中及参考文献中找到所需要的知识。

本书基本上可以分成几个大的方面:光伏基本理论，包括光伏技术的热力学理论极限和pn结理论，还包括全新的有关第三代太阳电池的理论基础;硅材料的制备和硅片加工;各种太阳电池技术,包括晶体硅太阳电池、硅薄膜太阳电池、II- V族太阳电池、CdTe 薄膜太阳电池、CIGS 薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池等;各种光伏系统及应用技术;光伏测试技术;光伏系统的平衡部件的原理和技术，包括蓄电池、逆变器与控制器;从天文学和地理学的角度论述太阳辐射能量的理论;光伏技术及产业的历史及现状等。

与原书第1版相比，在所有章节的内容上都有大量的更新，诸如新的先进技术、新的电池效率、制造业现状、安装的数据等，而且还增加了薄膜光伏中透明导电氧化物、第三代有机聚合物器件等全新内容,在论述光伏建筑的内容时也增加了很多新的案例。总的来看，本书仍旧是目前国际上十分全面的论述光伏产业相关技术的著作，涵盖了光伏技术、应用及产业的各个方面的内容，并且有大量的论文索引，相信可以为国内光伏工程领域的产业技术人员和研发人员、高校太阳电池研究团队，以及证券投资公司、环保部门的政策研究人员提供全面的参考。

Antonio Luque教授, 1941 年生于西班牙的马拉加，已婚，有两个孩子，四个孙辈。从1970年开始在马德里Politenica大学任全职教授。现在任职于太阳能研究所，该研究所是他于1979年创立的。在那里他培养了30名博士(硅材料和光伏基础研究领域)，他所领导的研究小组位列该大学199个研究机构的第1名。
1976年Luque教授发明了双面电池，1981 年创建了ISOFOTON 公司，这是- -家太阳电池公司，截至2007年其销售收人达到3亿美元。1997 年他提出中间带太阳电池( intermedi-ate band solar el)。截至2010年10月，该工作被WoK注册的杂志引用321次。如今在全世界有60个研究中心基于他的工作开展此项研究。
Luque教授目前的主要工作是进-步理解和开发中间带太阳电池，此外他还开展了两项工作:其一是组建硅的超提纯研究公司CENTESIL (卢克作为创始人和CE0,两所大学和三个投资人投资),该公司的目的是进一步降低硅太阳电池的成本;其二是作为新成立的涉及聚光光伏(CPV)的ISOF0C研究所的国际委员会主席开展指导工作,按照他的计划，该研究所旨在促进世界范围内CPV技术的实用化。该研究所已经与7家公司签署合同(3家西班牙公司、2家美国公司、1家德国公司、1家中国台湾公司)，在ISOFOC研究所总计安装了2MW新型多结电池组件,效率达到41%。
他荣膺7项奖励和荣誉,包括:西班牙皇家工程院院士,圣彼得堡约飞研究所名誉成员，两所大学的荣誉博士( 马德里卡洛斯三世大学和哈恩大学)。他还获得西班牙3个有关技术和环境研究领域的国家奖(2 个由西班牙国王颁发，1 个由王储颁发),并且获得了一个由欧盟委员会颁发的奖项和–个由IEEE-PV会议颁发的奖项，这两个奖项均属于光伏领域。

Steven Hegedus博士，开展太阳电池研究达30年。毕业于美国凯斯西储大学(1977年)电子工程和应用物理系，以太阳能热水项目获得学士学位。1977-1982年在IBM公司从事集成电路设计和模拟工作，在此期间他以多晶GaAs太阳电池的工作在康奈尔大学获得硕士学位。1982 年成为特拉华大学(UD)能源转换研究所( IEC)的研究员，该研究所是世界上*老的光伏研究实验室之一。他从事过几乎所有商用太阳电池的研究。研究领域包括:光学增强及与TCO的接触，PECVD快速沉积纳米晶硅，薄膜器件分析和特征标定，a Si/c- Si异质结工艺,在加速光老化下的稳定性。在IEC工作期间，他获得了UD的电子工程博士学位。他与美国能源部和大大小小的多家公司有联系，协助他们开发薄膜硅和晶体硅光伏器件。Hegedus 博土发表了约50篇论文,涉及太阳电池的分析、工艺、可靠性和测试。他在UD开设了一门研究生课程讲授太阳能发电系统。他敏锐地认识到政策对于太阳能商业化的影响，在2006年被UD的能源和环境政策中心聘为政策研究员。他是他所在的镇上提前安装光伏屋顶的居民。

目 录
主编介绍
译者的话
原书序言
第 １ 章 太阳能光伏发电的成就和挑战………………………………………………………… １
１􀆰 １ 总述 ……………………………………………………………………………………… １
１􀆰 ２ 什么是光伏 ……………………………………………………………………………… ３
１􀆰 ２􀆰 １ 光伏组件和发电功率 ……………………………………………………………… ６
１􀆰 ２􀆰 ２ 收集太阳光: 倾斜、 方位、 跟踪和遮挡 ………………………………………… ７
１􀆰 ２􀆰 ３ 光伏组件和系统的成本预测 ……………………………………………………… ８
１􀆰 ３ 光伏的今天 ……………………………………………………………………………… ９
１􀆰 ３􀆰 １ 光伏的历史 ………………………………………………………………………… ９
１􀆰 ３􀆰 ２ 今天的光伏图 ……………………………………………………………………… ９
１􀆰 ３􀆰 ３ 国家政策的关键作用……………………………………………………………… １１
１􀆰 ３􀆰 ４ 平价上网: 光伏的终极目标……………………………………………………… １２
１􀆰 ４ 巨大的挑战……………………………………………………………………………… １５
１􀆰 ４􀆰 １ 需要多少土地……………………………………………………………………… １８
１􀆰 ４􀆰 ２ 原材料的可用性…………………………………………………………………… １９
１􀆰 ４􀆰 ３ 光伏发电是否是清洁绿色技术…………………………………………………… ２０
１􀆰 ４􀆰 ４ 能量回收…………………………………………………………………………… ２１
１􀆰 ４􀆰 ５ 可靠性……………………………………………………………………………… ２１
１􀆰 ４􀆰 ６ 调度能力: 提供能源需求………………………………………………………… ２２
１􀆰 ５ 技术趋势………………………………………………………………………………… ２３
１􀆰 ５􀆰 １ 晶体硅的进展和挑战……………………………………………………………… ２４
１􀆰 ５􀆰 ２ 薄膜技术的进步和挑战…………………………………………………………… ２６
１􀆰 ５􀆰 ３ 聚光光伏的进展和挑战…………………………………………………………… ２９
１􀆰 ５􀆰 ４ 第三代太阳电池的概念…………………………………………………………… ３０
１􀆰 ６ 结论……………………………………………………………………………………… ３１
参考文献 ……………………………………………………………………………………… ３１
第 ２ 章 过去、 现在和未来光伏产业成长过程中政策的作用 ……………………………… ３４
２􀆰 １ 引言……………………………………………………………………………………… ３４
２􀆰 １􀆰 １ 能源工业的气候变化……………………………………………………………… ３４
２􀆰 １􀆰 ２ 光伏市场…………………………………………………………………………… ３６
２􀆰 ２ 选定国家的政策回顾…………………………………………………………………… ３８
２􀆰 ２􀆰 １ 美国政策综述……………………………………………………………………… ３８
２􀆰 ２􀆰 ２ 欧洲………………………………………………………………………………… ４５
目 录 Ⅶ
２􀆰 ２􀆰 ３ 亚洲………………………………………………………………………………… ４７
２􀆰 ３ 政策对光伏市场发展的影响…………………………………………………………… ５０
２􀆰 ４ 未来光伏市场增长情况………………………………………………………………… ５１
２􀆰 ４􀆰 １ 扩散曲线…………………………………………………………………………… ５１
２􀆰 ４􀆰 ２ 经验曲线…………………………………………………………………………… ５２
２􀆰 ４􀆰 ３ 不同的政策方案之下ꎬ 光伏发电在美国的扩散………………………………… ５５
２􀆰 ５ 走向可持续发展的未来………………………………………………………………… ６５
参考文献 ……………………………………………………………………………………… ６５
第 ３ 章 太阳电池物理 ………………………………………………………………………… ７２
３􀆰 １ 引言……………………………………………………………………………………… ７２
３􀆰 ２ 半导体的基本性质……………………………………………………………………… ７４
３􀆰 ２􀆰 １ 晶体结构…………………………………………………………………………… ７４
３􀆰 ２􀆰 ２ 能带结构…………………………………………………………………………… ７４
３􀆰 ２􀆰 ３ 导带和价带态密度………………………………………………………………… ７６
３􀆰 ２􀆰 ４ 平衡载流子浓度…………………………………………………………………… ７６
３􀆰 ２􀆰 ５ 光吸收……………………………………………………………………………… ７８
３􀆰 ２􀆰 ６ 复合………………………………………………………………………………… ８１
３􀆰 ２􀆰 ７ 载流子输运………………………………………………………………………… ８４
３􀆰 ２􀆰 ８ 半导体方程………………………………………………………………………… ８７
３􀆰 ２􀆰 ９ 少子扩散方程……………………………………………………………………… ８７
３􀆰 ２􀆰 １０ ｐｎ 结二极管的静电特性 ………………………………………………………… ８８
３􀆰 ２􀆰 １１ 总结 ……………………………………………………………………………… ９０
３􀆰 ３ 太阳电池基本原理……………………………………………………………………… ９１
３􀆰 ３􀆰 １ 太阳电池边界条件………………………………………………………………… ９１
３􀆰 ３􀆰 ２ 产生率……………………………………………………………………………… ９２
３􀆰 ３􀆰 ３ 少子扩散方程的解………………………………………………………………… ９２
３􀆰 ３􀆰 ４ 终端特性…………………………………………………………………………… ９３
３􀆰 ３􀆰 ５ 太阳电池 Ｉ￣ Ｖ 特性 ………………………………………………………………… ９５
３􀆰 ３􀆰 ６ 太阳电池的效率…………………………………………………………………… ９７
３􀆰 ３􀆰 ７ 寿命和表面复合的影响…………………………………………………………… ９９
３􀆰 ４ 附加主题 ……………………………………………………………………………… １０１
３􀆰 ４􀆰 １ 光谱响应 ………………………………………………………………………… １０１
３􀆰 ４􀆰 ２ 寄生电阻效应 …………………………………………………………………… １０２
３􀆰 ４􀆰 ３ 温度效应 ………………………………………………………………………… １０４
３􀆰 ４􀆰 ４ 聚光太阳电池 …………………………………………………………………… １０６
３􀆰 ４􀆰 ５ 高注入 …………………………………………………………………………… １０６
３􀆰 ４􀆰 ６ ｐ￣ ｉ￣ ｎ 太阳电池和电压依赖收集………………………………………………… １０７
３􀆰 ４􀆰 ７ 异质结太阳电池 ………………………………………………………………… １０８
３􀆰 ４􀆰 ８ 详细的数值模拟 ………………………………………………………………… １０９
Ⅷ 光伏技术与工程手册 (原书第 ２ 版)
３􀆰 ５ 总结 …………………………………………………………………………………… １０９
参考文献……………………………………………………………………………………… １１０
第 ４ 章 光电转换的理论极限和新一代太阳电池…………………………………………… １１１
４􀆰 １ 引言 …………………………………………………………………………………… １１１
４􀆰 ２ 热力学背景 …………………………………………………………………………… １１２
４􀆰 ２􀆰 １ 基本关系 ………………………………………………………………………… １１２
４􀆰 ２􀆰 ２ 热力学的两个定律 ……………………………………………………………… １１３
４􀆰 ２􀆰 ３ 局域熵增量 ……………………………………………………………………… １１３
４􀆰 ２􀆰 ４ 积分概念 ………………………………………………………………………… １１４
４􀆰 ２􀆰 ５ 辐射的热力学方程 ……………………………………………………………… １１４
４􀆰 ２􀆰 ６ 电子的热力学方程 ………………………………………………………………

《光伏技术与工程手册》原书第1版出版于2003年，该书描述了50年来太阳电池和组件在研究、技术、产业发展、应用方面的结果。这些结果包括了地面光伏的第-代技术一晶体硅片技术;第二代技术一薄膜硅、 CdTe和CuInGaSe,技术;第三代技术一有 机染料敏化的光合作用仿真技术或者先进的超高效理论概念电池，如多光子或中间带电池，这些概念还有待实际验证。该书也包括.V族多结电池及其聚光器，该种电池具有最高的转换效率。该书也描述了太阳电池应用，包括外太空的和地面(都市地区和偏远乡村)的应用。亦有章节描述太阳能发电系统的部件,包括蓄电池、能量转换器件(如逆变器)。还有一些章节描述基本物理原理、测试、标定，以及计算由组件产生的能量,这些组件可以是以任何参量安装在任何地方。
几乎在这本书出版的同时，爆发了对光伏技术的极大兴趣。生产和销售呈现10倍以上的增长，从2003年的600MW到2009年的7300MW。对于光伏日益增长的兴趣引导了私人和公共投资，导致了在技术和应用方面的明显改进。这些进步许多是来自创新的国家政策。数以百计的公司(从小的初创公司到成熟的大型跨国公司)都试图赶上这波流行的、对光伏技术感兴趣的浪潮。他们中的很多人购买了本书第1版以对其工程师、经理人员、分析人员和投资者进行教育和指导。光伏领域变得成熟一许 多公司最终实现了盈利,生产规模在不断扩张，新的先进技术正在进人市场。
第2版计划展现这些新的进展。第2版还得益于过去一年经济危机中出现的景象，光伏产业在大萧条时代成为仍旧保持增长的少数产业之一，这成为一种理想力量的证明，这一理想就是光伏产业将仍旧保持增长和繁荣。在许多国家光伏工业成为–种显著的促使经济复苏和提振就业的战略，此外它还是与全球气候变化做斗争的有力武器。
在第2版中什么是新的内容呢?有三章是全新的章节，分别讨论促进光伏增长过程中国家能源政策的角色、薄膜光伏中透明导电氧化物、第三代有机聚合物器件。有五章是由全新的作者给出了新的观点，包括晶体硅片技术、第二代薄膜硅电池、聚光光伏、功率电子器件、离网和并网系统设计。其他章节都针对诸如新的先进技术、新的电池效率、制造业现状、安装的数据进行了更新。
本书编者谨以此书献给那些为了太阳能发电今天的成功奋斗了半个世纪的人们，也献给那些为了使光伏满足无碳清洁能源的需要而更加努力奋斗的现在的和未来的人们。
本书编者也觉得十分饮各章的作者。他们花了非常长的时间尽其所能使得各章覆盖其专业领域,并且经受了出版者的大量批评和修改意见，从而确保本书具有经得住时间考验的高出版质量。
最后我们要向我们所爱之人表达感激，他(她)们是Carmnen, Ignacio, Sofa ( 及其孩子)，Debbie, Jordan, Anel。在完成本书的过程中，我们从家庭生活中抽出了很多时间。 Antonio Luque , Steven Hegedus