فصل 1) انرژی‌های تجدیدپذیر 21

1-1- انرژی در قرن بیست‌ویک 21

1-2- تغییرات آب‌وهوا و گرمایش زمین 30

1-2-1- کنوانسیون تغییر آب‌وهوا 34

1-2-1-1- نحوه شکل‌گیری کنوانسیون 34

1-2-1-2- اهداف کنوانسیون 34

1-2-1-3- تعهدات کشورها 34

1-2-2- پروتکل کیوتو 36

1-2-3- توافقنامه پاریس 38

1-2-4- انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای از بخش تولید برق در ایران 39

1-3- انرژی‌های تجدیدپذیر 40

1-3-1- انرژی اقیانوس و انرژی جزر و مد 41

1-3-1-1- تبدیل انرژی گرمایی اقیانوس 41

1-3-1-2- انرژی جزر و مد 42

1-3-1-2-1- آب‌بند 42

1-3-1-2-2- توربین‌های جزر و مد 43

1-3-2- برق‌آبی 45

1-3-2-1- آب‌گیری 45

1-3-2-2- انحراف 45

1-3-2-3- ذخیره‌سازی با پمپ 47

1-3-3- انرژی باد 50

1-3-4- انرژی زمین‌گرمایی 56

1-3-4-1- نیروگاه برق بخار خشک 57

1-3-4-2- نیروگاه برق بخار لحظه‌ای 57

1-3-4-3- نیروگاه برق چرخه دوگانه 57

1-3-5- زیست‌توده 62

1-3-5-1- زیست‌توده برای گرما: چوب به‌عنوان سوخت 63

1-3-5-2- سوخت‌های زیستی 65

1-3-5-2-1- روغن گیاهی 65

1-3-5-2-2- بیودیزل 66

1-3-5-2-3- بیواتانول 66

1-3-5-2-4- سوخت‌های Btl 67

1-3-5-2-5- بیوگاز 68

1-3-6- انرژی خورشیدی 70

پیوست: نگاهی اجمالی بر صنعت برق ایران 75

فصل 2) انرژی حرارتی خورشیدی 85

2-1- فناوری سامانه‌های حرارتی خورشیدی 85

2-2- انرژی گرمایی خورشید برای کاربردهای ساده 86

2-2-1- جاذب‌های استخر شنا 86

2-2-2- پخت‌وپز با خورشید 88

2-2-3- خشک‌کن خورشیدی 90

2-3- انواع کلکتورهای مدرن خورشیدی 91

2-3-1- کلکتورهای صفحه تخت 92

2-3-2- کلکتورهای بر پایه هوا 93

2-3-3- کلکتورهای لوله خلأ 94

2-4- آب گرم از خورشید 96

2-4-1- سامانه‌های گرانشی 96

2-4-2- سامانه‌هایی با اعمال گردش 97

2-5- سامانه سرمایشی خورشیدی 98

2-6- نیروگاه‌های برق حرارتی خورشیدی 100

2-6-1- نیروگاه برق سهموی خطی 100

2-6-2- نیروگاه برق فرنل خطی 102

2-6-3- نیروگاه برق برج خورشیدی 109

2-6-4- نیروگاه برق دیش استرلینگ 111

2-6-5- نیروگاه برق دودکش خورشیدی 113

2-7- معماری خورشیدی 114

فصل 3) سلول‌های خورشیدی 119

3-1- مقدمه 119

3-2- مواد نیمه‌رسانا 123

3-2-1- آلایش مواد نیمه‌رسانا 126

3-2-1-1- نیمه‌رسانای ذاتی 126

3-2-1-2- نیمه‌رسانای غیرذاتی 126

3-2-1-2-1- نیمه‌رسانای نوع n 127

3-2-1-2-2- نیمه‌رسانای نوع p 128

3-2-2- جذب اپتیکی و بازترکیب در مواد نیمه‌رسانا 130

3-2-2-1- جذب اپتیکی 130

3-2-2-2- بازترکیب 130

3-3- اصول پایه‌ای سلول‌های خورشیدی پیوند p-n 131

3-3-1- خواص الکتریکی 131

3-3-1-1- پتانسیل ساختار 131

3-3-1-2- ناحیه تهی 133

3-3-2- خواص فتوولتاییک 133

3-4- نظریه شاکلی-کوییسر 135

3-5- انواع سلول‌های خورشیدی 139

3-5-1- سلول‌های خورشیدی نسل اول 140

3-5-1-1- سلول‌های خورشیدی تک/مونو-کریستال سیلیکن 140

3-5-1-2- سلول‌های خورشیدی پلی/مولتی-کریستال سیلیکن 141

3-5-2- سلول‌های خورشیدی نسل دوم 145

3-5-2-1- سلول خورشیدی سیلیکن آمورف 145

3-5-2-2- سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید 146

3-5-2-3- سلول خورشیدی CIGS 147

3-5-3- سلول‌های خورشیدی نسل سوم 149

3-5-3-1- سلول خورشیدی رنگ‌دانه‌ای 150

3-5-3-2- سلول خورشیدی نقاط کوانتومی 151

3-5-3-3- سلول خورشیدی پلیمری 153

3-5-3-4- سلول خورشیدی پروسکایت 153

3-5-3-5- سلول‌های خورشیدی با تابش متمرکز 154

3-6- بازده‌های ثبت‌شده برای سلول‌های خورشیدی مختلف 157

3-7- زمان برگشت انرژی 159

پیوست: بازده‌های ثبت‌شده برای انواع سلول‌ها و ماژول‌های خورشیدی 161

فصل 4) تولید سیلیکن 163

4-1- سیلیکن 163

4-2- تولید سیلیکن درجه متالورژیکی 168

4-2-1- احیای کربوترمیک سیلیکا 168

4-2-2- پالایش 172

4-2-3- ریخته‌گری و خرد کردن 174

4-2-4- هزینه تولید 175

4-3- تولید سیلیکن (پلی‌سیلیکن) درجه نیمه‌رسانا 175

4-3-1- فرایند سیمنس 177

4-3-2- فرایند یونیون کارباید 182

4-3-3- فرایند اتیل کورپوریشن 184

4-4- رشد کریستال 186

4-4-1- رشد مونوکریستال سیلیکن به روش چوکرالسکی 186

4-4-2- فرایند منطقه شناور 194

4-4-3- مولتی‌کریستال سیلیکن 196

4-4-3-1- ساخت شمش 197

4-4-3-2- آلایش 200

4-4-3-3- عیوب کریستال 201

4-5- تهیه ویفر 203

4-5-1- برش ویفر با روش چند سیمی 204

4-5-2- برش ویفر از دیدگاه میکروسکوپی 208

4-5-3- کیفیت ویفر و آسیب ناشی از برش 210

فصل 5) سلول‌ها و ماژول‌های خورشیدی کریستال سیلیکنی 213

5-1- ساختار سلول 213

5-2- بستر 215

5-2-1- مواد و پردازش 215

5-2-2- میزان و نوع آلایش 217

5-2-3- ضخامت 217

5-3- سطح جلو 218

5-3-1- روش‌های ایجاد اتصال فلزی 218

5-3-2- امیترهای همگن 218

5-3-3- امیترهای گزینشی و نقطه‌ای 220

5-3-4- سلول‌های صنعتی 220

5-4- سطح پشتی 221

5-5- اثر اندازه 223

5-6- اپتیک سلول 223

5-6-1- پوشش‌های ضد بازتاب 224

5-6-2- الگودار کردن 225

5-6-3- گیراندازی نور 226

5-7- فناوری‌های مختلف ساخت سلول سیلیکنی 227

5-7-1- سلول‌های خورشیدی چاپ اسکرین 228

5-7-1-1- فرایند ساخت 228

5-7-1-2- فناوری چاپ اسکرین 236

5-7-1-3- خروجی و بازده تولید 246

5-7-1-4- تغییرهایی در فرایند اصلی 247

5-7-1-4-1- ویفرهای نازک 247

5-7-1-4-2- منفعل‌سازی سطح پشتی 248

5-7-1-4-3- بهبودهایی در امیتر جلویی 248

5-7-1-4-4- فرایندهای حرارتی سریع 249

5-7-1-5- سلول‌های مولتی‌کریستال سیلیکن 250

5-7-1-5-1- تله‌اندازی در سلول‌های خورشیدی مولتی‌کریستال سیلیکن 251

5-7-1-5-2- منفعل‌سازی با هیدروژن 251

5-7-1-5-3- محدودسازی اپتیکی 253

5-7-1-5-4- استفاده از نانوتکنولوژی برای گیراندازی نور در سلول‌های خورشیدی 259

5-7-1-5-5- پوشش ضد بازتاب و کپسولِ کردن 277

5-7-2- سلول‌های خورشیدی با اتصال عمقی 278

5-7-3- سلول‌های خورشیدی PERC 279

5-7-3-1- سلول‌های خورشیدی PERL 281

5-7-4- سلول‌های خورشیدی با اتصال پشتی 283

5-7-4-1- سلول‌های خورشیدی IBC 283

5-7-4-2- سلول‌های خورشیدی EWT 285

5-7-4-3- سلول‌های خورشیدی MWT 285

5-8- ماژول‌های فتوولتاییک کریستال سیلیکن 289

5-8-1- ماتریسی از سلول‌ها 289

5-8-2- لایه‌های مختلف در ماژول 290

5-8-3- لمینیت و پخت 292

5-8-4- مراحل پس از لمینیت کردن 294

5-9- ماژول‌های خاص 294

5-9-1- ماژول‌های فتوولتاییک ترکیبی با ساختمان 294

5-9-2- ماژول‌های دوطرفه 295

5-9-3- ماژول‌هایی با اتصال‌های سیمی 297

5-9-3-1- کانکتور چند باس‌باری 298

5-9-3-2- اسمارت‌وایر 300

5-9-3-2-1- سایه‌اندازی 304

5-9-3-2-2- هزینه تولید 304

5-9-3-2-3- استرس بر روی سلول 305

5-9-3-2-4- کپسولِ کردن 306

فصل 6) مشخصه‌یابی سلول‌های خورشیدی 307

6-1- منحنی IV 307

6-1-1- جریان اتصال‌کوتاه 308

6-1-1-1- جریان نوری یا جریان اتصال‌کوتاه؟ 310

6-1-2- ولتاژ مدارباز 310

6-1-2-1- VOC به‌عنوان تابعی از باندگپ 312

6-1-3- فاکتور پرشدگی 313

6-1-4- بازده سلول خورشیدی 315

6-1-5- آثار مقاومتی 316

6-1-5-1- مقاومت مشخصه 316

6-1-5-2- اثر مقاومت‌های پارازیتی 318

6-1-5-2-1- مقاومت سری 318

6-1-5-2-2- مقاومت شانت 320

6-1-5-2-3- اثر مقاومت سری و شانت 322

6-1-6- تأثیر دما 324

6-1-7- تأثیر شدت نور 327

6-1-7-1- سلول خورشیدی با تابش متمرکز 328

6-1-7-2- تابش نور با شدت کم 329

6-1-8- فاکتور ایده‌ال 330

6-1-8-1- مکانیسم‌های بازترکیب 330

6-2- روش اندازه‌گیری بازده سلول خورشیدی 330

6-2-1- اجزای IV تستر و منابع خطا 332

6-2-1-1- منابع تابش 332

6-2-1-1-1- انحراف از AM1.5 335

6-2-1-2- کنترل دما 335

6-2-1-3- الکترونیک 336

6-2-1-4- اتصال به پروب 338

6-3- دیگر اندازه‌گیری‌های IV 339

6-3-1- اندازه‌گیری‌های IV در حالت تاریک 339

6-3-1-1- محدودیت‌های اندازه‌گیری‌های IV در حالت تاریک 341

6-3-2- اندازه‌گیری‌های JSC-VOC و Suns-VOC 342

6-3-2-1- JSC-VOC 342

6-3-2-2- Suns-VOC 343

6-4- مشخصه‌یابی IV 344

6-4-1- اندازه‌گیری مقاومت سری 344

6-4-1-1- فیتینگ منحنی 344

6-4-1-2- تأثیر RS فقط بر روی بخشی از سلول 345

6-4-2- مدل دو دیودی 346

6-4-2-1- محدودیت‌های مدل دو دیودی 347

6-4-3- اندازه‌گیری فاکتور ایده‌ال 347

6-5- مشخصه‌یابی اپتیکی 350

6-5-1- بازده کوانتومی 350

6-5-2- پاسخ طیفی 353

6-5-3- اصول اندازه‌گیری و کالیبراسیون برای بازده کوانتومی 355

6-5-4- جریان القایی باریکه نور 359

6-6- طول‌عمر 361

6-6-1- طول‌عمر حامل 361

6-6-2- طول‌عمر بالک 361

6-6-3- بازترکیب سطحی 362

6-6-4- اندازه‌گیری طول‌عمر با روش μ-PCD 362

6-6-4-1- برانگیختگی با لیزری 363

6-6-4-2- آشکارسازی 363

6-6-4-3- ارزیابی 366

6-6-4-4- بازترکیب بالک و سطحی 367

6-7- الکترولومینسانس 369

6-7-1- آشکارسازها 370

6-7-2- تصویر خروجی 370

فهرست منابع 373

فهرست واژه‌های کلیدی 383