硅材料电池原理及制造

本书介绍太阳能光电转换的基本原理、用于光伏电池的硅材料的基本特性和制备工艺。本书内容从材料的物理和化学本质出发，和太阳能电池工艺技术结合，以太阳能电池工艺从原料到器件过程为线索，以原理、材料、器件为结构体系，主要阐述硅材料电池的基本原理、硅材料的特性及材料生产、提纯原理及工艺、单晶硅生长及多晶硅铸造工艺、硅电池片的制备及测试等方面。本书可作为高等院校新能源相关专业学生的教材或参考用书，也可供太阳能光电企业及相关领域的工程技术人员参考。

第1章太阳能和光伏产业1
1.1太阳能1
1.2日照强度3
1.3太阳高度角和方位角7
1.4太阳能利用与光伏产业9
1.4.1太阳能利用方式9
1.4.2光伏产业11
第2章光伏电池物理15
2.1半导体物理基础15
2.1.1晶体结构15
2.1.2半导体的性质22
2.1.3能带结构和导电性22
2.1.4本征半导体、掺杂半导体24
2.1.5载流子浓度29
2.1.6载流子的输运31
2.1.7半导体pn结38
2.2光伏电池基本原理40
2.2.1半导体的内光电效应40
2.2.2太阳能电池的能量转换过程41
2.2.3太阳能电池的基本特性42
2.2.4影响太阳能电池转换效率的因素46
第3章硅的特性50
3.1硅的物理性质51
3.2硅的化学性质53
3.3硅的用途54
3.4硅的分类56
第4章工业硅的生产59
4.1工业硅冶炼的原料59
4.2工业硅冶炼基本原理61
4.3工业硅生产工艺操作66
4.3.1工业硅生产工艺流程66
4.3.2操作要点67
4.4配料69
4.4.1配料比例69
4.4.2配料计算69
第5章高纯硅的制备72
5.1化学提纯72
5.1.1化学提纯制备太阳能级硅的原理72
5.1.2化学提纯典型工艺77
5.2物理提纯85
5.2.1物理提纯制备太阳能级硅的原理85
5.2.2物理提纯典型工艺96
第6章单晶硅的生长98
6.1晶体生长理论基础98
6.1.1结晶相变热力学基础99
6.1.2晶核的形成103
6.1.3晶体生长系统中成核率的控制109
6.1.4晶体界面结构模型111
6.1.5晶体的外形115
6.2硅单晶生长117
6.2.1硅单晶的直拉生长117
6.2.2硅单晶的区熔生长133
6.3硅晶体的掺杂137
6.3.1直拉硅单晶中杂质的掺入138
6.3.2单晶中杂质均匀分布的控制143
第7章多晶硅的铸造146
7.1铸造多晶硅方法148
7.1.1布里奇曼法148
7.1.2热交换法150
7.1.3电磁铸锭法152
7.1.4浇铸法154
7.1.5热交换法设备155
7.2定向凝固过程分析158
7.2.1定向凝固过程中的传热158
7.2.2定向凝固工艺参数161
7.3铸造多晶硅的工艺流程163
7.3.1铸造多晶硅的原材料163
7.3.2铸造多晶硅的坩埚164
7.3.3铸造多晶硅的具体工艺流程164
7.3.4铸造多晶硅中晶体生长的影响因素166
7.3.5铸造多晶硅中的晶体掺杂169
第8章电池片制备170
8.1制备工艺171
8.1.1成型171
8.1.2切片172
8.1.3化学腐蚀172
8.1.4制绒172
8.1.5扩散制结173
8.1.6边缘刻蚀、清洗173
8.1.7沉积减反射层173
8.1.8丝网印刷上下电极174
8.1.9共烧形成金属接触174
8.1.10电池片测试175
8.2有关设备及工艺细节175
8.2.1锯片切割与线切割175
8.2.2化学腐蚀177
8.2.3扩散及扩散设备179
8.2.4减反射层180
8.2.5电极设计181
8.3硅片清洗及原理183
8.3.1清洗的作用183
8.3.2清洗的原理183
8.3.3去离子水的制备185
第9章硅材料电池测试188
9.1材料性质188
9.1.1多数载流子传输特性188
9.1.2少数载流子特性198
9.2器件测量210
9.2.1器件相关参数210
9.2.2I-V电流测量213
9.2.3光谱测量216
第10章太阳能电池新材料与新技术220
10.1钙钛矿太阳能电池220
10.2等离子共振吸收增强223
附录228
附录1硅在300K时的电阻率与掺杂浓度关系曲线228
附录2元素周期表229
附录3常用物理基本常数表230
参考文献231