實用光伏手冊：原理與應用（下）（原著第2版） [Practical Handbook of Photovoltaics Fundamentals and Application(Second Edition)] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[瑞士] Augustin McEvoy，Tom Markvart，Luis Castaner 著

圖書標籤:

• 光伏
• 太陽能
• 可再生能源
• 能源
• 電力
• 半導體
• 光電轉換
• 工程技術
• 應用
• 手冊

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030357915

版次：1

商品編碼：11170610

包裝：平裝

叢書名： 新能源技術應用係列

外文名稱：Practical Handbook of Photovoltaics Fundamentals and Application(Second Edition)

開本：16開

齣版時間：2013-01-

內容簡介

　　《實用光伏手冊：原理與應用（下）（原著第2版）》涵蓋瞭太陽電池功能的原則、原材料、光伏發電係統、標準、校準、測試、經濟學等方麵的內容。本書分為4個部分。第1部分介紹瞭太陽電池、結晶矽太陽電池、薄膜技術、空間和聚光電池、有機染料敏化太陽電池，第2部分介紹瞭光伏係統、係統組件的平衡、並網係統、空間和聚光係統，第3部分介紹瞭一些研究案例，最後介紹瞭光伏産業帶來的環境和健康問題。

目錄

第2版序言
第1版序言
編者
引論
Part Ⅰ A：太陽電池
Part Ⅰ B：晶矽太陽電池
Part Ⅰ C：薄膜技術
Part Ⅰ D：空間太陽電池和聚光電池
Part Ⅰ E：染料敏化和有機太陽電池
Part Ⅱ A：光伏係統
Part Ⅱ B：係統平衡構件
Part Ⅱ C：光伏並網係統
Part Ⅱ D：空間和聚光係統
Part Ⅱ E：案例研究
Part Ⅲ 測試，監控和校準
Part Ⅳ 環境和健康
附錄
索引

前言/序言

太陽能電池闆的誕生：從矽晶片到電力的奇跡 本書將帶您深入探索，追溯太陽能電池闆的每一個製造環節，揭示從最基礎的原材料提煉，到最終閃耀著發電潛力的成品，這其中蘊含的復雜工藝與尖端技術。我們將一同見證，一塊看似平凡的矽晶片，如何通過一係列精密的物理和化學過程，最終成為捕捉陽光、轉化電能的“綠色心髒”。 第一章：矽的旅程——純淨的基石 一切的起點，是那得天獨厚的元素——矽。在自然界中，矽元素以二氧化矽（SiO2）的形式廣泛存在於沙子和石英中。然而，要製造齣高性能的太陽能電池，我們需要的遠非普通的沙粒。本書將詳細介紹從天然礦石中提取高純度矽的嚴苛過程。 提純之旅： 工業級矽的生産，往往始於電弧爐中將二氧化矽與碳還原。這個過程雖然能獲得相對純淨的矽，但離製造半導體器件的要求仍有差距。因此，我們將重點關注進一步的化學提純方法，例如西門子法（Siemens process）。這是一種利用三氯氫矽（SiHCl3）氣體作為載體的化學氣相沉積技術。純度極高的三氯氫矽在高溫下分解，在加熱的矽棒上沉積齣多晶矽。這個過程需要精確控製溫度、壓力和反應物濃度，以最大程度地去除金屬雜質、硼、磷等其他可能影響半導體性能的元素。 單晶還是多晶？ 提純後的矽，將根據最終電池的類型，被塑造成單晶矽或多晶矽。單晶矽，顧名思義，其原子排列高度有序，形成一個連續的晶體結構。通過柴可拉斯基法（Czochralski process），熔化的矽被緩慢地從坩堝中提齣，在鏇轉的同時嚮上生長，形成一個圓柱狀的單晶矽棒。這種晶體結構純淨，載流子遷移率高，能量轉換效率也相對更高。本書將深入剖析柴可拉斯基法中的溫度梯度控製、晶體生長速度、拉晶和鏇轉速率等關鍵參數，以及它們如何影響最終單晶矽棒的質量。 而多晶矽，則是由多個尺寸不一的晶粒組成，晶粒之間存在晶界。它通常通過定嚮凝固法（Directional Solidification）製備，將熔化的矽倒入方形模具中，然後從底部嚮上緩慢冷卻，使矽從一側開始結晶，逐漸形成多個晶粒。多晶矽的製備工藝相對簡單，成本也較低，盡管其載流子遷移率受晶界影響稍有降低，但其穩定性和性價比使其在市場上占據重要地位。我們將對比單晶和多晶矽的微觀結構差異，以及這些差異如何轉化為宏觀的性能錶現。 第二章：晶圓的誕生——精密的切割與拋光 從矽棒到能夠承載電子的“心髒”，還需要經過一係列精密加工。 切割的藝術： 無論是單晶矽棒還是多晶矽錠，都需要被切割成薄而均勻的矽片，也就是我們常說的“晶圓”。本書將詳細介紹綫鋸切割（Wire Sawing）技術。這種技術使用浸滿金剛石磨料的鋼絲，在高速往復運動中同時切割多根矽棒，從而實現高效、高精度且材料損耗小的切割。我們會探討金剛石顆粒的粒徑、鋼絲的速度、張力以及冷卻液的選擇，這些因素共同決定瞭晶圓的厚度、錶麵粗糙度和尺寸精度。 平整如鏡： 切割後的晶圓錶麵會存在微小的劃痕和不平整。為瞭確保後續工藝的順利進行以及電池的優異性能，晶圓錶麵需要經過精密的研磨和拋光。本書將介紹化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）技術。這是一種結閤瞭化學腐蝕和機械研磨的雙重作用的工藝。通過使用含有納米級研磨顆粒和化學活性劑的拋光液，在鏇轉的晶圓和拋光墊之間進行協同作用，能夠高效地去除錶麵缺陷，獲得達到原子級平整度的鏡麵。我們將深入探討拋光液的配方，例如氧化矽、二氧化鈰等研磨劑，以及過氧化氫、氨水等化學助劑的作用，以及拋光壓力、轉速等參數的優化。 第三章：光伏轉換的奧秘——P-N結的形成 太陽能電池的核心在於其獨特的光電轉換機製，而這一機製的實現，離不開P-N結的構建。 摻雜的魔法： 矽是一種半導體材料，其導電性介於導體和絕緣體之間。要使其具備光電轉換能力，就需要對其進行摻雜，即引入微量的雜質元素，改變其本徵導電特性。本書將詳細講解兩種主要的摻雜方式：P型摻雜和N型摻雜。 N型摻雜： 在矽晶體中引入具有比矽原子價電子數更多的雜質原子，例如磷（P）或砷（As），這些雜質原子會提供額外的自由電子，使得材料呈現齣N型導電特性（負電荷載流子占主導）。 P型摻雜： 在矽晶體中引入具有比矽原子價電子數更少的雜質原子，例如硼（B）或鎵（Ga），這些雜質原子會形成“空穴”（缺失電子的位置），使得材料呈現齣P型導電特性（正電荷載流子占主導）。 P-N結的誕生： 當一塊P型半導體材料與一塊N型半導體材料緊密接觸時，在它們的界麵處就會形成一個P-N結。由於N型區域的自由電子和P型區域的空穴會相互擴散，在界麵區域會形成一個耗盡區，這裏幾乎沒有自由載流子。這個耗盡區會産生一個內建電場，阻止載流子進一步擴散，並為光生載流子的分離提供動力。本書將深入剖析P-N結的形成過程，包括擴散、復閤以及空間電荷區的形成，並闡述其在光伏效應中的關鍵作用。我們將詳細講解用於實現摻雜的工藝，如擴散爐（Diffusion Furnace）或離子注入（Ion Implantation）。擴散爐通過高溫將摻雜氣體引入矽片錶麵，雜質原子滲透到矽晶格中；離子注入則利用加速器將摻雜離子直接轟擊到矽片錶麵，具有更高的摻雜精度和深度控製能力。 第四章：捕捉陽光的“翅膀”——電極與鈍化層 要將P-N結産生的電能有效地導齣並加以利用，還需要為太陽能電池“安裝”好收集電荷的“翅膀”——電極，以及保護電池免受外界乾擾的“外衣”——鈍化層。 金屬電極的繪製： 太陽能電池的正麵和背麵都需要覆蓋金屬電極，以收集産生的電子和空穴。本書將重點介紹絲網印刷（Screen Printing）技術。通過特製的絲網模闆，將導電漿料（通常包含銀、鋁等金屬粉末和粘閤劑）精確地印刷在晶圓錶麵。正麵電極的設計需要考慮光綫透過率，因此通常采用細密的柵綫結構，以盡量減少對入射光的遮擋，同時保證良好的導電性。背麵電極則通常覆蓋整個錶麵，以提供穩定的導電通路。我們將探討漿料的配方、印刷網版的精度、印刷壓力和速度等參數如何影響電極的厚度、寬度、連續性以及與矽片的接觸電阻。 減反射的保護： 為瞭最大限度地吸收太陽光，減少光的反射，太陽能電池的錶麵會覆蓋一層減反射塗層。本書將介紹化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）技術，尤其是等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術，用於製備氮化矽（SiNx）減反射層。氮化矽層具有適中的摺射率，能夠有效降低光在空氣和矽之間的反射。我們將深入探討PECVD工藝中的氣體配方（如SiH4、NH3）、等離子體功率、基闆溫度和工藝壓力等參數，這些參數的精確控製能夠影響氮化矽層的厚度、摺射率和錶麵形貌，從而優化電池的光吸收性能。 錶麵鈍化的藝術： 矽的錶麵存在大量的懸掛鍵和缺陷，這些缺陷會成為載流子的“陷阱”，導緻載流子的復閤，降低電池的效率。為瞭減少這些錶麵復閤，需要在矽錶麵形成一層鈍化層，例如氧化矽（SiO2）或氮化矽（SiNx）。本書將詳細介紹這些鈍化層的製備工藝，以及它們如何有效地降低錶麵態密度，提高載流子的壽命，從而提升電池的整體性能。 第五章：組件的組閤——從單片到陣列 單個太陽能電池的輸齣功率相對有限，要滿足實際應用的需求，就需要將許多電池串聯和並聯起來，形成功能強大的太陽能電池組件（Module）。 串聯與並聯： 本書將詳細介紹電池片的焊接工藝。通常采用匯流條（Busbar）和指狀電極（Finger）的連接方式。多片電池通過匯流條和指狀電極相互連接，形成串聯電路，以提高輸齣電壓。然後，多串電池又通過母綫（Interconnects）並聯起來，以提高輸齣電流。我們將探討焊接材料的選擇（如含锡焊料）、焊接溫度和時間控製，以及焊接過程中可能齣現的缺陷（如虛焊、冷焊），這些都直接影響組件的電氣性能和可靠性。 封裝的保護： 太陽能電池組件需要在各種復雜的戶外環境中長期穩定運行，因此必須進行有效的封裝。本書將深入介紹組件的典型封裝結構，包括： 玻璃層： 通常采用高透光率的鋼化玻璃，提供結構支撐並保護電池免受機械損傷和雨水侵蝕。 EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）封裝膜： EVA膜具有優良的透光性、粘結性和耐候性，能夠將電池片、玻璃和背闆牢固地粘閤在一起，並起到緩衝作用。 背闆： 通常采用耐候性優良的聚閤物材料，如PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）或PVF（聚偏氟乙烯），起到絕緣、防潮和保護電池片的作用。 鋁邊框： 提供結構強度，便於安裝和固定。 本書將詳細闡述EVA層與電池片、玻璃和背闆之間的層壓工藝，包括真空層壓機的工作原理、溫度麯綫控製、層壓時間和壓力設置，以及這些參數如何影響封裝的均勻性、氣泡的去除以及組件的長期可靠性。 第六章：性能的檢驗——品質的保證 每一片電池片、每一個組件在最終交付使用之前，都需要經過嚴格的質量檢測，以確保其性能符閤設計要求。 光學顯微鏡下的審視： 在製造的各個環節，都會使用光學顯微鏡來檢查晶圓的錶麵缺陷、電極的印刷質量、焊接的完整性等。 電學性能的評估： 太陽能電池的性能主要通過其I-V特性麯綫來錶徵。本書將詳細介紹在標準測試條件（STC）下，使用太陽模擬器（Solar Simulator）進行I-V麯綫測試的方法。我們將重點講解光電流（Iph）、短路電流（Isc）、開路電壓（Voc）、填充因子（FF）和最大功率點（Pmax）等關鍵參數的含義，以及它們如何反映電池的效率和性能。 可靠性與耐久性測試： 為瞭評估太陽能電池在長期使用中的錶現，還需要進行一係列可靠性測試，例如： 濕熱循環測試（Damp Heat Test）： 模擬在高溫高濕環境下的長期暴露，檢測組件的密封性能和材料的老化情況。 冷熱循環測試（Thermal Cycling Test）： 模擬溫度在低溫和高溫之間的快速變化，檢測組件的焊接點和材料的機械應力。 紫外綫照射測試（UV Exposure Test）： 模擬長期紫外綫照射對材料的影響。 鹽霧腐蝕測試（Salt Mist Corrosion Test）： 模擬沿海地區或受到鹽霧影響地區的使用環境。 我們將詳細闡述這些測試的標準、方法和判定依據，以及它們在確保太陽能電池組件長期可靠運行中的重要性。 通過對以上各個環節的深入剖析，本書旨在為您構建一幅全麵而細緻的太陽能電池闆製造圖景，讓您理解從最原始的材料到高效能源轉化器件的每一個精密步驟。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 作為一個對新興技術應用領域抱有好奇心的人，我一直試圖尋找能夠讓我快速進入一個全新領域的“敲門磚”。而這本《實用光伏手冊》恰恰扮演瞭這樣的角色。我特彆喜歡書中那種“學以緻用”的導嚮，它並沒有把我睏在象牙塔般的理論海洋裏，而是不斷地將我拉迴到現實世界，思考技術如何落地，如何創造價值。在閱讀“應用”部分時，我驚嘆於光伏技術在不同領域的多元化滲透。從傢庭分布式發電的普及，到工商業的能源轉型，再到智慧能源管理係統的構建，書中都提供瞭詳實的案例和可藉鑒的思路。我尤其關注到書中關於光伏與其他能源形式（如儲能、電動汽車）協同發展的討論，這讓我意識到，光伏的未來絕不僅僅是獨立發電，而是與整個能源生態係統融為一體，共同構建一個更加清潔、高效、智能的能源未來。此外，書中對係統設計、並網要求、運維管理等實用性問題的探討，也為我瞭解光伏項目從規劃到運營的整個生命周期提供瞭重要的參考。這種“大局觀”與“細節並重”的風格，讓我對光伏産業的復雜性和係統性有瞭更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 這本書給我最大的啓發，在於它打破瞭我對技術書籍“生硬”、“枯燥”的刻闆印象。雖然它是一本“手冊”，但其內容遠不止於簡單的操作指南，而是充滿瞭對光伏技術發展脈絡的梳理和未來趨勢的展望。在“原理”的闡述上，作者並沒有僅僅停留在概念的介紹，而是深入探討瞭不同材料、不同結構的太陽能電池在性能上的差異，以及它們所麵臨的挑戰和機遇。這讓我意識到，光伏技術並非是一個停滯不前的領域，而是在不斷地創新和突破中演進。而當翻到“應用”部分，我更是被其中豐富多樣的案例所吸引。從最基礎的離網供電係統，到復雜的智能電網集成，再到光伏技術在交通、農業、通信等領域的跨界應用，都得到瞭細緻的描繪。書中對於每個應用場景的分析，都兼顧瞭技術可行性、經濟效益和社會影響，讓我能夠從更全麵的角度去理解光伏技術的價值。特彆是關於係統集成、安全可靠性以及長期運維方麵的討論，都顯示齣作者在實際應用層麵的深入思考，為我這樣的讀者提供瞭寶貴的實踐指導和理論支撐。這本書讓我看到瞭光伏技術的廣闊前景，也激發瞭我對這個領域的進一步探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 這本書給我帶來的最大衝擊，絕非書中詳盡的公式推導或者對各種組件特性的細緻剖析，而是它成功地將一個曾經遙不可及的“高科技”領域，拉近到瞭我觸手可及的距離。我並非是專業的光伏工程師，甚至在拿到這本書之前，我對“光伏”的理解還停留在屋頂上那些黑色的闆子能發電這個層麵。然而，當我翻開這本書，特彆是“應用”這部分的內容時，我被徹底吸引住瞭。它沒有迴避技術細節，但更重要的是，它將這些技術細節與我們日常生活中的具體場景緊密聯係起來。從小型離網係統如何為偏遠地區的傢庭帶來光明，到大型地麵電站如何改變區域能源結構，再到光伏技術如何融入建築設計，成為可持續建築的重要組成部分，這些案例的呈現讓我深刻地體會到瞭光伏技術的實際價值和無限可能。書中對不同應用場景下，技術選擇、係統設計、經濟性分析的深入探討，仿佛為我打開瞭一扇扇瞭解這個行業不同側麵的窗戶。我開始理解，為什麼在某些地方，光伏發電的成本會如此之低；為什麼在另一些地方，光伏的應用會遇到獨特的挑戰。這本書讓我不再僅僅是旁觀者，而是有瞭一定的“理解能力”，能夠開始思考和判斷，看到光伏技術在解決能源問題、應對氣候變化方麵的巨大潛力，並且感受到它正在悄然改變著我們的世界。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 當我懷著一種“試試看”的心態翻開這本書時，並沒有預料到它能夠如此全麵而係統地概括光伏領域的方方麵麵。雖然我對其中的一些高深理論還在消化中，但通過閱讀，我開始清晰地勾勒齣光伏技術從基礎原理到實際應用的完整圖景。書中在“原理”部分對太陽能電池材料、結構、光電轉換過程的講解，邏輯嚴謹，層次分明，即使是一些我不太熟悉的物理概念，也能通過作者的解釋和圖示，逐漸建立起理解。而當進入“應用”部分，這本書的實用價值纔真正顯現齣來。它並沒有止步於介紹幾種典型的應用模式，而是深入分析瞭不同應用場景下的技術選型、係統配置、成本效益以及市場前景。我特彆欣賞書中對於不同國傢和地區光伏政策、市場發展情況的介紹，這讓我看到瞭光伏産業在全球範圍內的發展差異和驅動因素。例如，書中對一些發達國傢在發展分布式光伏、推動能源革命方麵的經驗分享，以及一些發展中國傢在利用光伏解決能源貧睏問題上的實踐，都給我留下瞭深刻的印象。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一扇觀察全球能源轉型趨勢的窗口。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 不得不說，這本書的設計實在是太有“分量”瞭。從拿在手裏的質感，到翻開後的沉甸甸的知識感，都預示著這是一本值得認真對待的讀物。盡管我不是直接從事光伏研發工作的，但我一直對能源技術的前沿進展抱有濃厚的興趣，尤其是那些能夠對社會産生深遠影響的技術。這本書之所以吸引我，在於它對“原理”的闡述，並非隻是枯燥的物理定律羅列，而是以一種循序漸進、邏輯清晰的方式，逐步揭示瞭光伏轉換的奧秘。從半導體的基礎知識，到PN結的形成，再到光生伏特效應的産生機製，作者用紮實的學識和精煉的語言，將復雜的概念化繁為簡，讓我這個非專業人士也能領略到其中的智慧。更重要的是，書中對不同類型太陽能電池的性能、效率、成本以及發展趨勢的介紹，讓我對這個技術領域有瞭更宏觀的認識。比如，對於晶矽電池的成熟與普及，薄膜電池的靈活性與應用前景，以及近年來備受關注的新型光伏技術，作者都進行瞭客觀且深入的分析。這種既有深度又不失廣度的介紹，為我提供瞭一個理解光伏技術演進路徑的良好框架，也讓我對未來光伏技術的創新方嚮有瞭初步的判斷，受益匪淺。