本书全面而深入地介绍了晶体硅太阳能电池的基础知识、工作原理及制造工艺等，并对蓬勃发展的非晶硅薄膜太阳能电池、太阳能光伏发电系统及太阳能电池测试做了简要介绍。全书共分8章，具体内容包括太阳能发电概述、太阳能光伏发电系统、太阳能电池应用、太阳能电池基础知识、太阳能电池工作原理、晶体硅太阳能电池制造工艺、非晶硅薄膜太阳能电池、太阳能电池测试。本书适合作为高等院校新能源技术及应用、光伏发电技术及应用等专业的教材，也可供太阳能电池企业的技术人员、管理人员及广大太阳能电池发电爱好者参考。

1996—2008年间，全球太阳能电池产量持续迅猛增长，年均增速达436%。2011年全
球太阳能光伏电池发电量达到了372 GW，相比2010年的274 GW增加了36%。经过十几年
的
发展
，我国光伏产业已成为一个名副其实的大产业。由于种种原因，太阳能光伏的工程技术人才
主要依靠光伏企业内部培养，远远不能满足迅猛发展的光伏行业需求。理论功底厚而
实践能力强的高端工程技术人员更是凤毛麟角。

鉴于此，编者所在单位将应用物理专业培养方向定为太阳能电池发电技术，并为本科生开设
太阳能光伏发电技术的专业课程。这或许是国内太阳能光伏发电技术课程以专业课程形式第
一次走进本科教学。纵观国内太阳能光伏著作，适合作为本科及专科教学使用的教材并不
多
见。部分早期太阳能光伏著作理论分析深刻，但其中太阳能电池制造工艺已属于传统的、被
淘汰
的制造工艺，缺少对当前主流制造工艺的深入介绍；最新的专著往往在一些具体问题上过于
深入而未全面深入介绍太阳能电池发电机理。

晶体硅太阳能电池工艺经过了50余年的不断创新，发电机理清晰，技术成熟，电性能稳定，
是目前乃至今后相当长时间内光伏行业主流的太阳能电池。为了适应目前蓬勃发展的光伏行
业对工程技术人才的需求及配合国内高等院校开展光伏课程教学，我们组织编写了本书。

本书具有以下特色：

① 本书按从宏观的行业现状和太阳能电池的应用到微观的太阳能电池工作原理及制
造工艺的顺序编写，旨在让读者先获得一个对太阳能光伏行业整体的感性认识，再逐步深
入学习，由表及里，逐步增强理性认识，有助于读者对太阳能电池发电不仅知其然而且知其所以然。


② 太阳能电池及组件制造工艺部分内容具体、深入而细致。该部分以当前太阳能电池主流
制
造工艺为例，包含了主流制造企业所应用的生产设备、操作方法，甚至包含了具体的工艺参
数。

③ 部分章节最后附有一定数量的习题，有利于读者检验学习效果和教师组织课程练习及
课程考核。

本书由赵雨、陈东生担任主编，刘永生、蔡振兴担任副主编，陈静参与编写。国内知名光
伏专家周之斌博士担任主审上海电力学院物理系主任陈中华副教授为本书的成稿和出版做了
大量工作，九州方园新能源股份有限公司的技术总监李友杰工程师提供了大量的技术上的帮
助，在此深表谢意。

由于编者水平有限，书中疏漏和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。


编者

2013年5月

第1章太阳能发电概述1

11开发利用太阳能的重要意义1

111替代化石能源1

112减缓气候变化及保护环境2

113增加就业岗位3

114缓解偏远地区供电困难3

12太阳能发电的特点4

121太阳能发电的优点4

122太阳能发电的缺点4

13太阳能发电的发展4

14世界太阳能电池产量7

15世界光伏产业发展8

151原料8

152产业链9

153太阳能光伏产业市场10

154晶体硅太阳能电池与薄膜太阳能电池技术进展12

155太阳能电池及组件成本和价格变化13

第2章太阳能光伏发电系统14

21太阳能光伏发电的工作原理14

22太阳能光伏发电的运行方式14

23太阳能光伏发电系统的组成15

231离网型太阳能光伏发电系统15

232联网型太阳能光伏发电系统17

24太阳能光伏发电系统设计28

241斜面上太阳辐照量的计算29

242太阳能电池方阵的朝向与倾斜角29

243光伏系统应逐月能量计算30

244光伏系统的发电量估算31

245太阳能电池组件串联数目的确定31

246两排方阵之间最小距离的计算32

第3章太阳能电池的应用3
3

31太阳能电池在太空中的应用33

311空间电源33

312空间太阳电站34

32太阳灯34

321太阳路灯34

322太阳发电与LED照明的结合35

323太阳灯的其他形式35

33太阳能电池在高速公路上的应用35

34太阳能电池在其他交通领域中的应用36

35太阳能电池在通信领域中的应用37

36太阳能电池在家电中的应用37

37其他地面太阳能电池电源的应用38

371光伏水泵38

372畜牧围栏39

373农林业方面39

374太阳能玩具39

375阴极保护39

38光伏建筑一体化41

381光伏与建筑相结合的形式和特点41

382应用实例：3 kW家用型并网太阳能光伏发电系统
42

383建筑与光伏器件相结合的前景44

39光伏电站44

310超大规模光伏发电45

311光伏电站实例介绍48

3111深圳国际园林花卉博览园1MW并网光伏电站48

3112徐州协鑫20MW并网光伏电站系统50

第4章太阳能电池基础知识52

41半导体材料52

411半导体材料简介52

412半导体材料的晶体结构53

42能带模型54

43载流子55

431载流子简介55

432载流子的输运59

433载流子产生和复合61

44光学减反射膜67

45PN结特性68

451PN结的静电特性68

452PN结的IV特性70

46单晶硅的基本光学性质72

461硅的特点72

462硅的能带结构和光学性质72

47太阳光辐照73

习题75

第5章太阳能电池工作原理77

51太阳能电池的分类77

511按结构分类77

512按制作材料分类78

52PN结79

521PN结的形成及内建电场79

522反偏压与正偏压81

523PN结电容87

53晶体硅太阳能电池88

54光电流和光电压89

541光电流89

542光电压93

55漂移电场的作用和背电场电池94

56等效电路、输出功率和填充因子96

561等效电路96

562输出功率97

563填充因子97

57太阳能电池的量子效率与光谱响应98

58太阳能电池的光电转换效率98

581光电转换效率98

582硅太阳能电池的光电转换效率分析99

59影响太阳能电池光电转换效率的因素100

习题105

第6章晶体硅太阳能电池制造工艺107

61硅材料的制备107

611高纯多晶硅的制备107

612单晶硅棒的制备109

613多晶硅锭的制备110

614片状硅的制备111

615太阳能级硅的研发111

616硅片的加工112

62晶体硅太阳能电池的制造114

621硅片的选择114

622硅片的表面处理115

623扩散制结119

624腐蚀周边122

625去除背结123

626制作上、下电极124

627蒸镀减反射膜125

628检验测试128

63太阳能电池组件的封装128

631组件中单体电池的连接方式129

632组件的封装结构129

633组件封装材料129

634组件封装的工艺流程130

64高效率晶体硅太阳能电池134

641晶体硅太阳能电池制造技术的发展历史
134

642丝网印刷工艺的局限137

643基于电极金属化的改进技术139

习题143

第7章非晶硅薄膜太阳能电池144

71非晶硅薄膜太阳能电池的产生144

711社会需求催生aSi太阳能电池144

712非晶硅太阳能电池的理论与技术基础的确立144

713半导体能带结构简介145

714aSi太阳能电池的基本结构146

72非晶硅薄膜太阳能电池的初期发展过程147


721初期的技术进步和繁荣147

722aSi太阳能电池的优势148

723发展势头受挫148

724封装的不稳定问题148

725aSi材料和太阳能电池的光致衰退机制148

726aSi太阳能电池效率相对较低的原因1
49

73非晶硅薄膜太阳能电池技术的制造工艺150


731基本工艺150

732非晶硅太阳能电池技术完善与提高152


733完美结技术153

734叠层电池技术153

735新材料探索154

736新技术探索154

737新制备技术探索155

74非晶硅薄膜太阳能电池的发展展望155

741现有aSi太阳能电池产业的市场开发1
55

742技术进一步发展的方向156

习题156

第8章太阳能电池测试157


81太阳辐射157

811概述157

812太阳辐射的基本特性157

82太阳模拟器158

821稳态太阳模拟器和脉冲式太阳模拟器15
8

822太阳模拟器的电光源及滤光装置159

83太阳模拟器光学特性的检测159

831辐照不均匀度的检测159

832辐照不稳定的检测160

833光谱失配误差计算160

84单体太阳能电池测试161

841测试项目161

842电性能测试的一般规定162

85非晶硅薄膜太阳能电池电性能测试须知165


851校准辐照度165

852光源165

853光谱响应165

86太阳能电池组件测试和环境试验方法166

861测试项目166

862组件电性能参数测量中所需的参考组件
166

863太阳能电池组件测试方法166

87地面用硅太阳能电池组件环境试验167

附录169

附录A符号表169

附录B太阳光伏能源系统部分术语1
71

参考文献180

主要著译者顺序姓名学历职称学科专长通讯地址1赵雨博士讲师新能源技术工作单位上海电力学院邮政编码电话2工作单位邮政编码电话 3 工作单位 邮政编码 电话 审校者（主审者） 学历 工作单位 邮政编码 电话 职称 工作单位 邮政编码 电话 赵雨，男，博士研究生学历，讲师，现为上海电力学院能源与机械学院新能源技术教学团队教师。主要研究方向为太阳能电池、磁性材料研制与应用。曾公开发表《磁场对硅太阳电池基体材料杂质的能级调控及其对转换效率的影响》、《冷热探针测半导体导电类型实验研究》、《锰锌铁氧体磁损耗研究》等论文。现主讲课程：新能源概论、太阳能电池技术及应用。

体现高等院校相关专业教学要求，全面而深入介绍太阳电池行业发展和应用、硅太阳能电池工作原理、硅太阳能电池及组件制造工艺和硅太阳能电池及组件测量，在对晶体硅太阳能电池及组件的制造工艺进行介绍时，以主流工艺介绍为主，适当增加先进的实验室工艺介绍，充分体现了硅太阳能电池制造工艺的创新性。