Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

Index
1117

---

List of Contributors
Jes´us Alonso
Departamento de I
+
D
ISOFOTON
C/Caleta de Velez, 52
Pol. Ind. Santa Teresa
29006 Malaga
Spain
Phone:
+
3495 224 3790
Fax:
+
3495 224 3449
email:
[e-mail]
Hironori Arakawa
National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology
(AIST)
1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki
305-8565, Japan
Phone: [phone]
Fax: [phone]
email:
[e-mail]
Sheila Bailey
NASA Lewis Research Center
MS 302-1, 21000 Brookpark Road
Cleveland, OH 44135
USA
Phone:
+
1 216 433 2228
Fax:
+
1 216 433 6106
email:
[e-mail]
Carlos del Ca˜nizo
Instituto de Energ´ıa Solar
Universidad Polit´ecnica de Madrid
E.T.S.I. Telecomunicaci´on
28040 Madrid
Spain
Phone:
+
34 91 544 1060
Fax:
+
34 91 544 6341
email:
[e-mail]
Bruno Ceccaroli
Silicon Technologies AS
P.O. Box 8309 Vaagsbygd
N-4676 Kristiansand
Norway
Phone:
+
47 38 08 58 81
Fax:
+
47 38 11 99 61
email:
[e-mail]
Xunming Deng
Department of Physics and
Astronomy
University of Toledo
Toledo, OH 43606
USA
Phone:
+
1 419 530 4782
Fax:
+
1 419 530 2723
email:
[e-mail]
Michael T. Eckhart
Solar Bank Program
Solar International
Management Inc.
1825 I Street, NW, Suite 400
Washington, DC 20006 USA
USA

---

xxiv
LIST OF CONTRIBUTORS
Phone:
+
1 202-429-2030
Fax:
+
1 202-429-5532
email:
[e-mail]
Keith Emery
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Phone:
+
1 303 384 6632
Fax:
+
1 303 384 6604
email:
keith
−
[e-mail]
Arthur Endr¨os
Corporate R&D department
Siemens and Shell Solar GmbH
Siemens AG
Munich, Germany
Dieter Franke
ACCESS e.V.
Aachen
Germany
D. J. Friedman
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Jeffery L. Gray
Purdue University
West Lafayette
Indiana
USA
email:
[e-mail]
Lalith Gunaratne
Solar Power & Light Co, Ltd
338 TB Jayah Mawatha
Colombo 10
Sri Lanka
Phone:
+
94 014 818395
Fax:
+
94 014 810824
email:
[e-mail]
Christian Haessler
Central Research Physics
Bayer AG Krefeld
Germany
email:
christian.haessler@
bayerpolymers.com
Steven S. Hegedus
Institute of Energy Conversion
University of Delaware
Newark DE 19716
USA
email:
[e-mail]
Jorge Huacuz
Unidad de Energ´ıas no
Convencionales
Instituto de Investigaciones
El´ectricas
P.O. Box 1-475
Cuernavaca, Morelos
62490 Mexico
Phone/Fax:
+
52 73 182 436
email:
[e-mail]
J. A. Hutchby
Semiconductor Research
Corporation
P.O. Box 12053
Research Triangle Park
North Carolina 27709
USA
S. A. Johnston
P.O. Box 12194
Research Triangle Park
North Carolina 27709
USA

---

LIST OF CONTRIBUTORS
xxv
Juris Kalejs
RWE Schott Solar Inc.
4 Suburban Park Drive
Billerica, MA 01821 USA
Phone: [phone]
Fax: [phone]
email:
[e-mail]
Wolfgang Koch
Central Research, Physics
(ZF-FPM), Photonic Materials
Chemicals-Bayer Solar, (CH-BS),
Projects
Bayer AG
Geb.R82, PF111107
D-47812 Krefeld
Germany
Phone:
+
492151-883370
Fax:
+
492151-887503
email:
[e-mail]
Hara Kohjiro
National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology
(AIST)
1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki
305-8565, Japan
Phone: [phone]
Fax: [phone]
email:
[e-mail]
Sarah Kurtz
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Phone:
+
1 303 384 6475
Fax:
+
1 303 384 6531
email:
sarah
−
[e-mail]
Otto Lohne
Norwegian University of Science
and Technology
Department of Materials
Technology
N-7491 Trondheim
Norway
Phone:
+
47 73 59 27 94
Fax:
+
47 43 59 48 89
email:
[e-mail]
Eduardo Lorenzo
Instituto de Energ´ıa Solar
Universidad Polit´ecnica de Madrid
E.T.S.I. Telecomunicaci´on
Ciudad Universitaria
28040 Madrid
Spain
Phone:
+
3491 366 7228
Fax:
+
3491 544 6341
email:
[e-mail]
Antonio Luque
Instituto de Energ´ıa Solar
Universidad Polit´ecnica de Madrid
E.T.S.I. Telecomunicaci´on
28040 Madrid
Spain
Phone:
+
34 91 336 7229
Fax:
+
34 91 544 6341
email:
[e-mail]
Joachim Luther
Fraunhofer Institute for Solar
Energy Systems ISE
Heidenhofstrasse 2
79110 Freiburg
Germany
Phone:
+
49 (0) 761 4588-5120
Fax:
+
49 (0) 761 4588-9120
email:
[e-mail]
Antonio Mart´ı
Instituto de Energ´ıa Solar
Universidad Polit´ecnica de Madrid
E.T.S.I. Telecomunicaci´on

---

xxvi
LIST OF CONTRIBUTORS
28040 Madrid
Spain
Phone:
+
34 91 544 1060
Fax:
+
34 91 544 6341
email:
[e-mail]
Brian McCandless
Institute of Energy Conversion
University of Delaware
Newark, DE 19716
USA
Phone:
+
1 302 831 6240
Fax:
+
1 302 831 6226
email:
[e-mail]
H. J. Moeller
Institut f¨ur Experimentelle Physik
TU Bergakademie Freiberg
Silbermannstr. 1
09599 Freiberg
Germany
Phone:
+
493731-392896
Fax:
+
493731-394314
email:
[e-mail]
J. M. Olson
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Klaus Preiser
Produktion Energie badenova
AG & Co. KG
Tullastraße 61
79108 Freiburg i.Br.
Telefon [phone]
Telefax 0761/279-2731
Mobil 0160/7154879
email:
[e-mail]
www.badenova.de
Ryne Raffaelle
Rochester Institute of Technology
84 Lomb Memorial Drive
Rochester, NY 14623-5603
USA
Tjerk Reijenga
BEAR Architecten
Gravin Beatrixstraat 34
NL 2805 PJ Gouda
The Netherlands
Phone:
+
31 182 529 899
Fax:
+
31 182 582 599
email:
[e-mail]
Keith Rutledge
Renewable Energy Development
Institute
Willits, CA 95490
USA
Dirk Uwe Sauer
Electrical Energy Systems -
Storage Systems
Fraunhofer Institut f¨ur Solare
Energiesysteme ISE
Heidenhofstrasse 2
D-79110 Freiburg
Germany
Phone:
+
49 761 4588 5219
Fax:
+
49 761 4588 9217
email:
[e-mail]
Eric A. Schiff
Department of Physics
Syracuse University
Syracuse, New York 13244-1130
USA
http://physics.syr.edu/
∼
schiff
J¨urgen Schmid
ISET–Institut f¨ur Solare
Energieversorgungstechnik e.V.,
Universit¨at Kassel
K¨onigstor 59

---

LIST OF CONTRIBUTORS
xxvii
34119 Kassel
Germany
Phone:
+
49 (0)5 61/72 94-3 45
Fax:
+
49 (0)5 61/72 94-3 00
email:
[e-mail]
Heribert Schmidt
Fraunhofer Institut f¨ur Solare
Energiesysteme ISE, Freiburg
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg
Germany
Phone:
+
49 (0)7 61/45 88-52 26
Fax:
+
49 (0)7 61/45 88-92 26
email:
[e-mail]
William Shafarman
Institute of Energy Conversion
University of Delaware
Newark, DE 19716
USA
Phone: [phone]
Fax: [phone]
email:
[e-mail]
James Sites
Department of Physics
Colorado State University
Fort Collins, CO 80523-1875
USA
Phone:
+
1 970 491 5850
Fax:
+
1 970 491 7947
email:
[e-mail]
Bushan Sopori
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Phone:
+
1 303 384 6683
Fax:
+
1 303 384 6684
email:
[e-mail]
Lars Stolt
˚
Angstr¨om Solar Center
Uppsala University
P.O. Box 534
SE-751 21 Uppsala
Sweden
Phone:
+
46 18 471 3039
Fax:
+
46 18 555 095
email:
[e-mail]
Jack L. Stone
NREL
1617 Cole Boulevard
Golden, CO 80401-3393
USA
Richard Swanson
SUNPOWER Corporation
435 Indio Way
Sunnyvale, CA 94086
USA
Phone:
+
1 408 991 0900
Fax:
+
1 408 739 7713
email:
[e-mail]
Ignacio Tob´ıas
Instituto de Energ´ıa Solar
Universidad Polit´ecnica de Madrid
ETSI Telecomunicaci´on
Ciudad Universitaria
28040 Madrid
Spain
Phone:
+
3491 5475700-282
Fax:
+
3491 5446341
email:
[e-mail]
Richard A. Whisnant
Parameters, Inc.
1505 Primrose Lane
Cary, NC 27511
[phone] (phone, fax)
[phone] (cell phone)

---

This Page Intentionally Left Blank

---

1
Status, Trends, Challenges
and the Bright Future of Solar
Electricity from Photovoltaics
Steven S. Hegedus
1
and Antonio Luque
2
1
Institute of Energy Conversion, University of Delaware, Newark,
Delaware, USA,
2
Universidad Politecnica de Madrid, Madrid, Spain
1.1 THE BIG PICTURE
Congratulations! You are reading a book about a technology that has changed the way
we think about energy. Solar electricity, also known as photovoltaics (PV), has shown
since the 1970s that the human race can get a substantial portion of its electrical power
without burning fossil fuels (coal, oil or natural gas) or creating nuclear fission reactions.
Photovoltaics helps us avoid most of the threats associated with our present techniques of
electricity production and also has many other benefits. Photovoltaics has shown that it can
generate electricity for the human race for a wide range of applications, scales, climates,
and geographic locations. Photovoltaics can bring electricity to a rural homemaker who
lives 100 kilometers and 100 years away from the nearest electric grid connection in her
country, thus allowing her family to have clean, electric lights instead of kerosene lamps,
to listen to a radio, and to run a sewing machine for additional income. Or, photovoltaics
can provide electricity to remote transmitter stations in the mountains allowing better
communication without building a road to deliver diesel fuel for its generator. It can
help a major electric utility in Los Angeles, Tokyo, or Madrid to meet its peak load on
hot summer afternoons when air conditioners are working full time. It allows homes and
businesses a new level of guaranteed energy availability and security, and photovoltaics
has been powering satellites orbiting the Earth or flying to Mars for over 30 years.
Photovoltaics is an empowering technology that allows us to do totally new things,
as well as, do old things better. It allows us to look at whole new modes of supplying
Handbook of Photovoltaic Science and Engineering
. Edited by A. Luque and S. Hegedus

2003 John Wiley & Sons, Ltd
ISBN: 0-471-49196-9

---

2
SOLAR ELECTRICITY FROM PHOTOVOLTAICS
electricity to different markets around the world and out of the world (in outer space). It
also allows us to do what we already do (generate electricity, which is distributed over
the transmission grid) but to do it in a sustainable, pollution-free, equitable fashion. Why
is photovoltaics equitable? Because nearly every one has access to sunlight!
Electricity is the most versatile form of energy we have. It is what allows citizens
of the developed countries to have nearly universal lighting on demand, refrigeration,
hygiene, interior climate control in their homes, businesses and schools, and widespread
access to various electronic and electromagnetic media. Access to and consumption of
electricity is closely correlated with quality of life. Figure 1.1 shows the Human Devel-
opment Index (HDI) for over 60 countries, which includes over 90% of the Earth’s
population, versus the annual per capita electricity use (adapted from ref 1). The HDI is
compiled by the UN and calculated on the basis of life expectancy, educational achieve-
ment, and per capita Gross Domestic Product. To improve the quality of life in many
countries, as measured by their HDI, will require increasing their electricity consumption
by factors of 10 or more, from a few hundred to a few thousand kilowatt-hrs (kWh)
per year. How will we do it? Our choices are to continue applying the answers of the
last century such as burning more fossil fuels (and releasing megatons of CO
2
, SO
2
,
and NO
2
) or building more nuclear plants (despite having no method of safely dispos-
ing of the high-level radioactive waste) or to apply the new millennium’s answer of
renewable, sustainable, nonpolluting, widely available clean energy like photovoltaics
and wind. (Wind presently generates over a thousand times more electricity than pho-
tovoltaics but it is very site-specific, whereas photovoltaics is generally applicable to
most locations.)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
2000
4000
6000
8000
10 000
12 000
14 000
16 000
Annual per capita electricity use
[kWh]
Canada
USA
Australia
Japan
France
Germany
UK
Spain
S. Korea
Chile
Mexico
Russia
Saudi Arabia
S. Africa
Ethiopa
Congo (Kinshasa)
Pakistan
India
Iraq
China
Poland
Egypt
Nether.
Ukraine
Human de
v
elopment inde
x
Figure 1.1
Human development index (HDI) vs. per capita kW usage [1]

---

WHAT IS PHOTOVOLTAICS?