前言
　　《太陽電池材料》第一版自2007年1月出版以來，恰逢國內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，特別是國內(nèi)產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅猛增長，不少科技人員以及在校大學(xué)生、研究生加入到了中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的隊(duì)伍之中，大家迫切需要一本合適的參考書。因此，本書第一版的及時(shí)出版為相關(guān)研究人員、開發(fā)人員和在校師生提供了較為實(shí)用的參考資料，為迅速進(jìn)入光伏產(chǎn)業(yè)提供了有益的幫助。
　　承蒙廣大讀者關(guān)心和厚愛，本書第一版在社會(huì)和讀者中產(chǎn)生了積極反響，本書曾經(jīng)多次重印。該書還被評為第十屆中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀科技圖書一等獎(jiǎng)，并在中國臺(tái)灣地區(qū)出版、發(fā)行。
　　過去的10年，對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)而言，是“黃金十年”。2006年全球的太陽能光伏電池的安裝量約為1.6GW，而2015年則達(dá)到50GW，是10年前的30多倍，其復(fù)合增長率達(dá)到47%以上。到2015年，全球累計(jì)太陽能光伏裝機(jī)容量超過227GW，其發(fā)展速度超過了集成電路，成為世界上最具有發(fā)展前景的朝陽工業(yè)之一。而在過去的10年中，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)從小到大、從弱變強(qiáng)，其應(yīng)用幾乎是從到有，快速發(fā)展；到2015年，論是太陽能光伏電池、組件產(chǎn)量，還是太陽能光伏的年安裝總量，我國已經(jīng)居于世界第一位。
　　過去的10年，太陽電池材料的技術(shù)發(fā)展也非常迅速，支撐著太陽電池效率的不斷提升和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。因此，有些知識(shí)需要更新，有些知識(shí)需要增加。正因如此，在化學(xué)工業(yè)出版社編輯的不斷鞭策和支持下，作者再次努力將本書第二版呈現(xiàn)給讀者。希望得到讀者的批評、指正。
　　本書出版之時(shí)，我的先生中國科學(xué)院院士闕端麟教授還為本書寫了序，對作者和本書多有鼓勵(lì)和期待。但在2014年冬，闕先生溘然仙逝，再也見不到本書第二版的出版，令人限懷念。再版此書，以表深切的思念！
　　由于時(shí)間關(guān)系，書中疏漏與不足在所難免，敬請國內(nèi)、國外同行多加指正。
　　楊德仁
　　2017年7月于求是園
　　第一版前言
　　太陽能是一種重要的、有效的、可再生清潔能源，其儲(chǔ)量巨大，取之不盡，用之不竭，沒有環(huán)境污染，充滿了誘人的前景。廣義上講，太陽能的利用包括間接利用和直接利用。間接利用是指光合作用、風(fēng)能、潮汐和海洋溫差發(fā)電等；而直接利用則主要分為兩方面，即光熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。光熱效應(yīng)是將太陽能的能量集聚起來，轉(zhuǎn)換成熱能，如正在我國城鄉(xiāng)廣泛推廣的太陽能熱水器、太陽能灶等，這也包括將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能后，利用熱能發(fā)電。光電效應(yīng)則是將太陽能通過太陽電池，轉(zhuǎn)換成電能，這種光電轉(zhuǎn)換主要借助于半導(dǎo)體器件的光生伏特效應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)用于空間站、人造衛(wèi)星以及遙遠(yuǎn)地區(qū)的供電、輸油輸氣管路的保護(hù)等方面，并且已經(jīng)建成太陽能電站以并網(wǎng)發(fā)電。
　　自1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功光電轉(zhuǎn)換效率6%的實(shí)用型單晶硅太陽電池以來，太陽能光電技術(shù)由于可靠性高、壽命長且能承受各種環(huán)境變化等優(yōu)點(diǎn)，在民用、軍事和高科技領(lǐng)域逐漸成為重要的“綠色”能源。特別是20世紀(jì)70年代能源危機(jī)爆發(fā)以來，各國政府努力發(fā)展和扶持太陽能光電材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用，如美國的“陽光計(jì)劃”、“百萬屋頂計(jì)劃”，日本的“陽光計(jì)劃”、“月光計(jì)劃”、“朝日計(jì)劃”以及德國的“十萬屋頂計(jì)劃”等。目前太陽能光電方面的研究和應(yīng)用在全世界范圍內(nèi)方興未艾，相關(guān)的太陽能光電工業(yè)，又稱光伏(photovoltaic)工業(yè)發(fā)展迅速，90年代以來一直以30%～40%的速度上升，在2004年甚至達(dá)到60％的增長速度，成為非常令人矚目的朝陽產(chǎn)業(yè)。
　　太陽能光電轉(zhuǎn)換的研究和應(yīng)用可追溯到1839年。A.E.Becquerel用光輻照電解池中的銀電極時(shí)，發(fā)現(xiàn)有電壓出現(xiàn)。1877年，W.Adams和R.Day也發(fā)現(xiàn)，用光照射硒時(shí)會(huì)有電流產(chǎn)生。直到1949年，W.Shockley等發(fā)明了晶體管和解釋了p-n結(jié)的工作原理后，太陽能光電轉(zhuǎn)換的研究才真正開始。1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的D.M.Chapin、C.S.Fuller和G.L.Pearson在晶體硅的基礎(chǔ)上發(fā)明了第一種實(shí)際意義上的太陽電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6%。隨后的研究進(jìn)展迅速，太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率很快達(dá)到10%。太陽電池首先應(yīng)用于空間領(lǐng)域，為人造衛(wèi)星提供電力能源。
　　目前，太陽能光電研究和應(yīng)用取得了許多重大進(jìn)展，例如，與單晶硅材料相比，價(jià)格低廉的利用鑄造方法制備的鑄造多晶硅材料的應(yīng)用、帶狀多晶硅材料的生產(chǎn)、低成本的絲網(wǎng)印刷等技術(shù)的發(fā)明都大大推動(dòng)了太陽能光電技術(shù)的研究和進(jìn)展。目前，單晶硅太陽電池產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換效率已超過16%，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率超過24%。
　　高的光電轉(zhuǎn)換效率和低的生產(chǎn)成本是太陽能光電工業(yè)和研究界始終追求的目標(biāo)，這也是太陽能發(fā)電能否與其他能源技術(shù)相競爭的關(guān)鍵問題。顯然，為了達(dá)到這個(gè)目的，利用高效率、低成本的太陽能光電轉(zhuǎn)換材料是非常重要的。到目前為止，在太陽能光電工業(yè)中應(yīng)用的主要有直拉單晶硅、鑄造多晶硅、帶硅、非晶硅、多晶硅和化合物薄膜半導(dǎo)體材料（如GaAs、CdTe、CuInSe2）。從根本上講，太陽能光電工業(yè)主要是建立在硅材料基礎(chǔ)之上。
　　到目前為止，介紹太陽電池的專著已有多種。但是，專門從材料制備、材料結(jié)構(gòu)和性能角度出發(fā)介紹太陽能光電材料的專著還較少。本書正是試圖在介紹太陽能光電轉(zhuǎn)化基本原理和太陽電池基本結(jié)構(gòu)和工藝的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹太陽能光電材料的制備、材料的結(jié)構(gòu)和性能。本書分為三大部分。第一部分是太陽能光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)知識(shí)，包括第1章太陽能和光電轉(zhuǎn)換；第2章太陽能光電材料及物理基礎(chǔ)；第3章太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備。第二部分是硅太陽電池材料，包括第4章單晶硅材料；第5章直拉單晶硅中的雜質(zhì)和位錯(cuò)；第6章鑄造多晶硅；第7章鑄造多晶硅中的雜質(zhì)和缺陷；第8章帶硅材料；第9章非晶硅薄膜和第10章多晶硅薄膜。第三部分是化合物太陽電池材料，包括第11章GaAs半導(dǎo)體材料；第12章CdTe和CdS薄膜材料；第13章CuInSe2（CuInS2）薄膜材料。
　　在本書的撰寫過程中，馬向陽教授審閱了第2、4、5章的內(nèi)容，席珍強(qiáng)博士審閱了第3、6、7、8章的內(nèi)容，寥顯伯教授、向賢碧教授審閱了第9、10、11章的內(nèi)容，孫云教授、李長健教授審閱了第12、13章的內(nèi)容，馮良桓教授審閱了第12章的內(nèi)容。他們花費(fèi)了很多時(shí)間，并提出了大量寶貴意見，使本書減少了許多可能的錯(cuò)誤，作者在此表示衷心的感謝。
　　另外，編者的博士研究生李紅、謝榮國、崔燦、黃國銀、楊青、湯會(huì)香、張輝等，幫助編者收集了大量資料，付出了辛勤勞動(dòng)，在此一并表示感謝。
　　太陽能光電材料體系較多，發(fā)展迅速。由于作者的知識(shí)面和水平有限，書中肯定會(huì)存在一些疏漏，懇請讀者批評指正。
　　編者
　　2006年10月