太阳能电池材料与应用

本书首先介绍太阳能光伏发电的历史、现状及其在未来能源结构中的核心地位，然后阐述太阳能电池的物理基础、各种类型太阳能电池的基本结构、基本工艺及其光电转换的基本原理，在此基础上，详细介绍各种太阳能电池材料的基本性质、制备原理和技术。本书从材料制备和性能的角度出发，在了解各种太阳能电池材料对应的新型高效太阳能电池的结构、原理和工艺特色的基础上，全面阐述各种太阳能电池材料，包括最前沿的新型太阳能电池材料、材料结构和组成对太阳能电池性能的影响。本书介绍的太阳能电池材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族等无机太阳能电池材料以及染料敏化、聚合物、钙钛矿等有机太阳能电池材料。

第1章 太阳能和太阳能电池材料 1
1.1 太阳能概述 1
1.1.1 太阳能的基本性质 1
1.1.2 太阳能的辐射和吸收 1
1.2 光伏发电 3
1.2.1 光伏发电简介 3
1.2.2 光伏发电的历史和现状 4
1.2.3 光伏发电在未来能源结构中的核心地位 6
1.3 太阳能电池 8
1.3.1 太阳能电池的类型和结构 8
1.3.2 太阳能电池研究和应用的历史与现状 11
1.4 半导体材料和太阳能电池材料 15
1.4.1 半导体材料 15
1.4.2 太阳能电池材料 16
参考文献 19
第2章 太阳能电池的物理基础 21
2.1 半导体物理基础 21
2.1.1 半导体材料的结构 21
2.1.2 载流子和能带 23
2.1.3 杂质和缺陷 27
2.1.4 平衡态载流子 31
2.1.5 非平衡载流子的产生与复合 36
2.1.6 载流子输运性质 44
2.2 半导体的p-n结 47
2.2.1 p-n结的结构和制备 47
2.2.2 热平衡下p-n结的能带结构 49
2.2.3 p-n结的伏安特性 50
2.2.4 异质结 52
2.3 金属-半导体接触 54
2.3.1 金属-半导体肖特基结 54
2.3.2 欧姆接触 56
2.4 光伏基本原理 58
2.4.1 光生伏特效应 58
2.4.2 太阳能电池伏安特性 59
2.4.3 太阳能电池的效率 59
2.4.4 太阳能电池效率分析 61
参考文献 66
第3章 晶体硅太阳能电池材料 68
3.1 硅的基本性质 68
3.1.1 晶体硅的能带结构和晶体结构 68
3.1.2 晶体硅的性质 69
3.2 晶体硅太阳能电池 70
3.2.1 常规晶体硅太阳能电池的结构和基本工艺 71
3.2.2 新型晶体硅太阳能电池的结构和工艺特色 77
3.3 多晶硅原料的制备 81
3.3.1 高纯多晶硅原料的制备 82
3.3.2 太阳能级多晶硅原料的制备 82
3.4 单晶硅的制备 84
3.4.1 区熔单晶硅 84
3.4.2 直拉单晶硅 85
3.5 铸造多晶硅的制备 88
3.5.1 铸造多晶硅的制备装置 89
3.5.2 铸造多晶硅的生长工艺 90
3.5.3 新型铸造晶体硅生长工艺 93
3.6 晶体硅的掺杂 94
3.6.1 分凝和分凝系数 95
3.6.2 掺杂 97
3.7 硅片加工 99
3.7.1 切割、切方块和滚圆 99
3.7.2 切片和化学腐蚀 100
3.8 晶体硅中的杂质和缺陷对太阳能电池的影响 103
3.8.1 晶体硅中的氧杂质 103
3.8.2 晶体硅中的碳 110
3.8.3 晶体硅中的氮 111
3.8.4 晶体硅中的金属杂质 113
3.8.5 晶体硅中的缺陷 117
3.9 氢钝化和吸杂 122
3.9.1 多晶硅材料的氢钝化 122
3.9.2 晶体硅材料的吸杂 123
参考文献 125
第4章 非晶硅和多晶硅薄膜太阳能电池材料 128
4.1 非晶硅薄膜的基本性质 129
4.1.1 非晶硅的结构 129
4.1.2 非晶硅的能带结构 130
4.1.3 非晶硅的基本特性 132
4.2 非晶硅薄膜太阳能电池 133
4.2.1 非晶硅薄膜太阳能电池的优缺点及其发展方向 133
4.2.2 非晶硅薄膜太阳能电池的结构和工作原理 134
4.3 非晶硅薄膜的制备 138
4.3.1 等离子体增强化学气相沉积制备非晶硅薄膜 138
4.3.2 其他方法制备非晶硅薄膜 146
4.4 非晶硅薄膜中的杂质和缺陷 148
4.4.1 非晶硅薄膜的掺杂 148
4.4.2 非晶硅薄膜中的氢 148
4.4.3 非晶硅薄膜中的其他杂质 149
4.5 非晶硅薄膜的光致衰减 150
4.5.1 非晶硅薄膜的光致衰减效应 150
4.5.2 非晶硅薄膜光致衰减效应的成因 150
4.5.3 非晶硅薄膜光致衰减效应的消除 152
4.6 非晶硅合金薄膜 153
4.6.1 非晶硅碳合金薄膜 153
4.6.2 非晶硅锗合金薄膜 154
4.7 多晶硅薄膜的基本性质和太阳能电池 155
4.7.1 多晶硅薄膜的晶体结构和基本特性 155
4.7.2 多晶硅薄膜太阳能电池的基本结构和工艺 156
4.8 多晶硅薄膜的制备 158
4.8.1 化学气相沉积制备多晶硅薄膜 158
4.8.2 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜 161
参考文献 165
第5章 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池材料 167
5.1 GaAs材料的性质 167
5.1.1 GaAs的晶体结构 167
5.1.2 GaAs的能带结构 168


5.1.3 GaAs的基本特性 168

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