硅太阳能电池:高级原理与实践

《硅太阳能电池:高级原理与实践》英文版原著是由澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心开设的专业课程“高性能硅太阳能电池”所使用的标准教材。全书侧重于硅电池材料与工作原理的深入探讨，共分为15章，主要内容包括：晶体结构与能带，声子、光子和激子，硅的光学性质，产生、复合与载流子输运，陷光效应，硅太阳能电池的进化历程，薄膜多晶硅与多层太阳能电池等。并附有附录和索引。对于高等院校师生以及光伏太阳能器件的研究人员而言，《硅太阳能电池:高级原理与实践》是一部优秀的教材与参考资料。

第1章 引言
参考文献

第2章 晶体结构与能带
2.1 引言
2.2 晶体结构
2.3 薛定谔波动方程
2.4 倒易晶格
2.5 能带
2.6 电子的态密度与占有概率
2.7 动量与有效质量
参考文献

第3章 声子、光子与激子
3.1 引言
3.2 声子
3.3 光子
3.4 拉曼散射
3.5 激子
参考文献

第4章 硅的光学性质
4.1 引言
.4.2 纯硅对光的吸收
4.2.1 一般情况
4.2.2 声子辅助的光吸收过程
4.2.3 吸收边
4.2.4 波长调制光谱法
4.2.5 多声子过程
4.2.6 直接吸收
4.2.7 自由载流子与晶格吸收
4.3 折射率
4.4 温度依从性
4.5 重掺杂硅
4.6 其他吸收过程
参考文献

第5章 产生、复合与载流子输运
5.1 一般公式
5.2 产生
5.3 复合
5.3.1 概述
5.3.2 辐射复合
5.3.3 带对带俄歇复合
5.3.4 通过缺陷能级的复合
5.4 载流子输运
5.4.1 漂移和扩散
5.4.2 玻耳兹曼输运方程
5.4.3 多数载流子和少数载流子迁移率
5.4.4 高注入的迁移率
5.4.5 激子输运
5.4.6 重掺效应
参考文献

第6章 光陷阱
6.1 引言
6.2 随机陷光
6.3 几何陷光
6.3.1 介绍
6.3.2 二维几何结构
6.3.3 三维几何结构
6.4 实验结果
6.5 聚光太阳能电池
6.6 电池封装中的光陷阱
参考文献

第7章 基础效率极限
7.1 引言
7.2 光生电流
7.3 开路电压极限
7.3.1 一般情况
7.3.2 低注入条件
7.3.3 狭窄基区，高注入条件
7.4 填充因子极限
7.5 效率极限
7.5.1 非聚光电池
7.5.2 聚光太阳能电池
7.6 材料要求
7.7 突破效率极限
参考文献

第8章 阈下载流子生成
8.1 引言
8.2 锗合金
8.3 杂质光伏效应
8.3.1 简介
8.3.2 光学俘获截面
8.3.3 设计理念
8.3.4 个例分析——铟
8.3.5 其他掺杂物质
8.3.6 细致平衡分析
8.4 其他设计
8.4.1 植入缺陷层
8.4.2 delta掺杂
8.5 层叠电池
参考文献

第9章 表面、接触与体区性质
9.1 引言
9.2 表面复合
9.2.1 界面态与氧化层陷阱
9.3 界面态复合
9.3.1 独立离散界面态
9.3.2 独立连续界面态
9.3.3 等量俘获截面
9.3.4 恒定俘获截面比
9.3.5 实验表面态密度与俘获截面
9.4 接触复合
9.5 体复合
9.6 吸除法
9.7 缺陷钝化
参考文献

第10章 硅太阳能电池的发展
10.1 绪论
10.2 早期硅太阳能电池
10.3 传统的空间太阳能电池
10.4 背电场
10.5 紫电池
10.6 黑电池
10.7 氧化物表面钝化
10.8 电极接触钝化
10.9 顶层表面钝化太阳能电池
10.10 顶面和背面钝化太阳能电池
10.11 perl太阳能电池的设计
10.11.1 光学特征
10.11.2 电学特征
10.12 总结
参考文献

第11章 丝网印刷和埋栅太阳能电池
11.1 绪论
11.2 丝网印刷太阳能电池
11.2.1 结构
11.2.2 典型性能
11.2.3 经改良的技术
11.3 埋栅太阳能电池
11.3.1 结构
11.3.2 性能分析
11.3.3 量产经验
11.3.4 未来工艺发展
参考文献

第12章 高性能聚光太阳能电池
12.1 绪论
12.2 传统太阳能电池
12.2.1 低成本设计
12.2.2 高效率空间太阳能电池技术
12.2.3 pesc和perl太阳能电池
12.2.4 v形槽硅电池
12.3 背接触太阳能电池
12.3.1 叉指形背接触太阳能电池
12.3.2 前面场电池和叠层太阳能电池
12.3.3 双面和点光栅太阳能电池
12.4 垂直结太阳能电池
12.5 点接触太阳能电池
12.5.1 结构
12.5.2 复合作用的组成部分
12.5.3 光生电流的收集
12.5.4 实验结果
12.5.5 点接触电池的稳定性
12.5.6 近期的发展
12.6 总结
参考文献

第13章 mc_si多晶硅和带状硅
13.1 概述
13.2 氢钝化
13.3 磷处理
13.4 其他钝化方法
13.5 制绒
13.6 高级电池结构
参考文献

第14章 薄膜pc-si多晶硅电池和多层电池
14.1 引言
14.2 晶界
14.2.1 物理结构
14.2.2 电子学性质
14.2.3 电阻效应
14.2.4 复合性质
14.3 晶内性质
14.4 单结太阳能电池
14.5 多层太阳能电池
14.6 小结
参考文献

第15章 总结
附录a 希腊字母表
附录b 基本物理常数
附录c 光谱数据表
附录d 硅的光学性质（300k）
附录e 准费米能级
e.1 引言
e.2 热平衡
e.3 非平衡态
e.4 界面
e.5 非平衡态p-n结
e.6 准费米能级的应用
附录f 反射控制
f.1 减反膜
f.2 表面制绒
f.2.1 历史回顾与技术前景
f.2.2 制绒控制反射的理论
参考文献
附录g 红外光谱响应
参考文献

    4.2.2声子辅助的光吸收过程
     当电子从价带最很好（价带优选能量）跃迁到导带的最底端（导带大力度优惠能量）时，电子实现了在价带导带之间最小的能量转移。由于价带优选能量点和导带大力度优惠能量点具有不同的波矢量七，在跃迁时电子的准动量和能量必须改变。因为光子本身的动量很小，几乎可以忽略不计，所以还需要声子来参与光的吸收过程，以满足准动量的改变。
     图4.2（a）显示了上述跃迁时电子的两条可能路径。用量子理论研究这种跃迁的能量守恒时，通常仅需要研究其初态（状态以）和终态（状态c）的情况；然而所有中间的跃迁过程还必须满足波矢量守恒。因此，沿着路径，电子先通过吸收一个能量低于直接带隙的光子进行一个虚跃迁而进入禁带，然后通过吸收或释放具有合适波矢量的声子的方式跃迁至终态。则是另一种可能的路径。在abc路径中，声子的吸收或释放发生在光子的吸收之前，随后电子被光子激发穿越禁带，从状态6跃迁到状态c。
     图4.2（b）描绘了在跃迁过程中能量和波矢量守恒的条件。图中显示了声子色散曲线（纵轴尺度经放大处理，另见图3.1以及能带图。在此声子色散曲线和能带图所描述的都是K空间的<100>方向，也就是导带最小值所在之处。对于由单个声子参与的过程而言，满足波矢量条件的声子能量总共有4个。如果具有其中一个能量的声子被吸收，那么所需的最小光子能量就比带隙能量小，两者的能量差等于吸收的声子能量；反之，如果具有其中一个能量的声子被释放，那么所需的最小光子能量就比带隙能量大，两者的能量差等于释放的声子能量。 ……