太陽電池材料（第二版）

第1章太陽能和光電轉(zhuǎn)換1

1.1太陽能1

1.2太陽能輻射和吸收2

1.3太陽能光電的研究和應(yīng)用歷史3

1.4太陽電池的研究和開發(fā)6

參考文獻(xiàn)8

第2章太陽能光電材料及物理基礎(chǔ)10

2.1半導(dǎo)體材料和太陽能光電材料10

2.1.1半導(dǎo)體材料10

2.1.2太陽能光電材料11

2.2載流子和能帶12

2.2.1載流子12

2.2.2能帶結(jié)構(gòu)12

2.2.3電子和空穴15

2.3雜質(zhì)和缺陷能級16

2.3.1雜質(zhì)半導(dǎo)體16

2.3.2雜質(zhì)能級17

2.3.3深能級18

2.3.4缺陷能級19

2.4熱平衡下的載流子20

2.4.1載流子的狀態(tài)密度和統(tǒng)計分布20

2.4.2本征半導(dǎo)體的載流子濃度23

2.4.3雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度和補(bǔ)償23

2.5非平衡少數(shù)載流子25

2.5.1非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合和壽命26

2.5.2非平衡載流子的擴(kuò)散27

2.5.3非平衡載流子在電場下的漂移和擴(kuò)散28

2.6p-n結(jié)30

2.6.1p-n結(jié)的制備30

2.6.2p-n結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)32

2.6.3p-n結(jié)的電流電壓特性34

2.7金屬-半導(dǎo)體接觸和MIS結(jié)構(gòu)35

2.7.1金屬-半導(dǎo)體接觸35

2.7.2歐姆接觸37

2.7.3MIS結(jié)構(gòu)38

2.8太陽能光電轉(zhuǎn)換原理——光生伏特效應(yīng)39

2.8.1半導(dǎo)體材料的光吸收39

2.8.2光生伏特40

參考文獻(xiàn)41

第3章太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備42

3.1太陽電池的結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換效率42

3.2晶體硅太陽電池的基本工藝44

3.2.1絨面結(jié)構(gòu)44

3.2.2p-n結(jié)制備46

3.2.3減反射層47

3.2.4絲網(wǎng)印刷48

3.2.5燒結(jié)49

3.3薄膜太陽電池49

3.3.1砷化鎵薄膜太陽電池49

3.3.2非晶硅薄膜太陽電池51

3.3.3多晶硅薄膜太陽電池53

3.3.4CdTe薄膜太陽電池54

3.3.5CuInSe2(CuInGaSe2)薄膜太陽電池55

參考文獻(xiàn)57

第4章單晶硅材料58

4.1硅的基本性質(zhì)58

4.2太陽電池用硅材料61

4.3高純多晶硅的制備62

4.3.1三氯氫硅氫還原法62

4.3.2硅烷熱分解法63

4.3.3四氯化硅氫還原法63

4.4太陽能級多晶硅的制備64

4.4.1太陽能級多晶硅64

4.4.2物理冶金技術(shù)制備太陽能級多晶硅64

4.5區(qū)熔單晶硅66

4.6直拉單晶硅67

4.6.1直拉單晶硅的生長原理和工藝67

4.6.2新型直拉晶體硅的生長技術(shù)70

4.6.3直拉單晶硅的摻雜73

4.7硅晶片加工76

4.7.1切斷76

4.7.2滾圓76

4.7.3切片77

4.7.4化學(xué)腐蝕79

參考文獻(xiàn)79

第5章直拉單晶硅中的雜質(zhì)和位錯81

5.1直拉單晶硅中的氧81

5.1.1氧的基本性質(zhì)82

5.1.2氧熱施主84

5.1.3氧沉淀86

5.1.4硼氧復(fù)合體90

5.2直拉單晶硅中的碳94

5.2.1碳的基本性質(zhì)94

5.2.2碳和氧沉淀95

5.3直拉單晶硅中的金屬雜質(zhì)97

5.3.1金屬雜質(zhì)的基本性質(zhì)97

5.3.2金屬復(fù)合體和沉淀101

5.3.3金屬雜質(zhì)的控制102

5.4直拉單晶硅中的位錯103

5.4.1位錯的基本性質(zhì)104

5.4.2晶體硅中的位錯結(jié)構(gòu)106

5.4.3晶體硅中位錯的腐蝕和表征107

5.4.4晶體硅中位錯對太陽電池的影響109

參考文獻(xiàn)110

第6章鑄造多晶硅112

6.1概述112

6.2鑄造多晶硅的制備工藝113

6.3鑄造多晶硅的晶體生長116

6.3.1鑄造多晶硅的原材料116

6.3.2坩堝117

6.3.3晶體生長工藝117

6.3.4晶體生長的影響因素118

6.3.5晶體摻雜120

6.4高效鑄造多晶硅的制備121

6.5鑄造類(準(zhǔn))單晶硅的制備122

參考文獻(xiàn)125

第7章鑄造多晶硅中的雜質(zhì)和缺陷126

7.1鑄造多晶硅中的氧126

7.1.1原生鑄造多晶硅中的氧雜質(zhì)126

7.1.2原生鑄造多晶硅中的氧施主和氧沉淀127

7.1.3鑄造多晶硅中氧的熱處理性質(zhì)129

7.2鑄造多晶硅中的碳131

7.2.1原生鑄造多晶硅中的碳雜質(zhì)131

7.2.2鑄造多晶硅中碳的熱處理性質(zhì)132

7.3鑄造多晶硅中的氮134

7.3.1鑄造多晶硅中的氮雜質(zhì)134

7.3.2鑄造多晶硅中的氮氧復(fù)合體136

7.3.3鑄造多晶硅中的氮對氧沉淀、氧施主的作用138

7.4鑄造多晶硅中的氫138

7.4.1鑄造多晶硅中的氫雜質(zhì)138

7.4.2鑄造多晶硅中氫的鈍化作用139

7.5鑄造多晶硅中的金屬雜質(zhì)和吸雜140

7.5.1鑄造多晶硅中的金屬雜質(zhì)140

7.5.2鑄造多晶硅中的金屬沉淀141

7.5.3鑄造多晶硅的吸雜142

7.6鑄造多晶硅中的晶界145

7.6.1鑄造多晶硅的晶界145

7.6.2鑄造多晶硅晶界上的金屬沉淀147

7.6.3鑄造多晶硅晶界的氫鈍化149

7.7鑄造多晶硅中的位錯150

7.7.1鑄造多晶硅的位錯150

7.7.2鑄造多晶硅的位錯對電學(xué)性能的影響151

參考文獻(xiàn)152

第8章帶硅材料153

8.1帶硅材料的制備153

8.1.1邊緣限制薄膜帶硅生長技術(shù)154

8.1.2線牽引帶硅生長技術(shù)155

8.1.3枝網(wǎng)帶硅工藝155

8.1.4襯底上的帶硅生長技術(shù)156

8.1.5工藝粉末帶硅生長技術(shù)157

8.2帶硅生長的基本問題158

8.2.1邊緣穩(wěn)定性158

8.2.2應(yīng)力控制158

8.2.3產(chǎn)率159

8.3帶硅材料的缺陷和雜質(zhì)159

8.3.1帶硅材料的晶界159

8.3.2帶硅材料的位錯160

8.3.3帶硅材料的雜質(zhì)161

8.4帶硅材料的氫鈍化和吸雜161

8.4.1帶硅材料的氫鈍化161

8.4.2帶硅材料的吸雜162

參考文獻(xiàn)163

第9章非晶硅薄膜164

9.1非晶硅薄膜的基本性質(zhì)165

9.1.1非晶硅的原子結(jié)構(gòu)特征165

9.1.2非晶硅的能帶結(jié)構(gòu)166

9.1.3非晶硅的基本特性168

9.2等離子體化學(xué)氣相沉積制備非晶硅薄膜169

9.2.1輝光放電的基本原理169

9.2.2等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備非晶硅薄膜170

9.2.3非晶硅薄膜的生長171

9.2.4非晶硅薄膜的生長機(jī)理172

9.3非晶硅薄膜的摻雜174

9.3.1非晶硅的摻雜174

9.3.2非晶硅薄膜中的雜質(zhì)175

9.4非晶硅薄膜中的氫176

9.4.1硅氫鍵176

9.4.2非晶硅中氫的態(tài)密度177

9.5非晶硅薄膜中的光致衰減178

9.5.1非晶硅薄膜的光致衰減效應(yīng)178

9.5.2非晶硅薄膜光致衰減效應(yīng)的影響因素180

9.5.3非晶硅薄膜光致衰減效應(yīng)的減少和消除180

9.6非晶硅合金薄膜182

9.6.1非晶硅碳合金薄膜182

9.6.2非晶硅鍺合金薄膜183

9.7非晶硅/微晶硅疊層薄膜材料184

參考文獻(xiàn)184

第10章多晶硅薄膜186

10.1多晶硅薄膜的基本性質(zhì)186

10.1.1多晶硅薄膜的特點(diǎn)186

10.1.2多晶硅薄膜的制備技術(shù)187

10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷189

10.1.4多晶硅薄膜的雜質(zhì)190

10.2化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜191

10.2.1等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜191

10.2.2低壓化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜193

10.2.3熱絲化學(xué)氣相沉積制備多晶硅薄膜194

10.3非晶硅晶化制備多晶硅薄膜196

10.3.1固化晶化制備多晶硅薄膜197

10.3.2金屬誘導(dǎo)固化晶化制備多晶硅薄膜198

10.3.3快速熱處理晶化制備多晶硅薄膜199

10.3.4激光晶化制備多晶硅薄膜201

參考文獻(xiàn)202

第11章GaAs半導(dǎo)體材料204

11.1GaAs材料的性質(zhì)和太陽電池204

11.1.1GaAs的基本性質(zhì)204

11.1.2GaAs太陽電池207

11.2GaAs體單晶材料208

11.2.1布里奇曼法制備GaAs單晶208

11.2.2液封直拉法制備GaAs單晶210

11.3GaAs薄膜單晶材料211

11.3.1液相外延制備GaAs薄膜單晶211

11.3.2金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延制備GaAs薄膜單晶212

11.3.3Si、Ge襯底上外延制備GaAs薄膜材料215

11.4GaAs晶體中的雜質(zhì)216

11.4.1GaAs單晶摻雜216

11.4.2GaAs單晶中的雜質(zhì)217

11.5GaAs晶體中的缺陷219

11.5.1GaAs單晶中的點(diǎn)缺陷219

11.5.2GaAs單晶中的位錯219

11.5.3GaAs單晶中缺陷的氫鈍化220

參考文獻(xiàn)221

第12章CdTe和CdS薄膜材料222

12.1CdTe材料和太陽電池222

12.1.1CdTe薄膜材料的基本性質(zhì)222

12.1.2CdTe薄膜太陽電池224

12.2CdTe薄膜材料的制備224

12.2.1近空間升華法225

12.2.2電化學(xué)沉積法226

12.2.3氣相輸運(yùn)沉積法230

12.2.4制備CdTe薄膜的其他技術(shù)230

12.2.5CdTe薄膜材料的熱處理231

12.3CdS薄膜材料232

12.3.1CdS薄膜材料的基本性質(zhì)232

12.3.2CdS薄膜材料的制備232

12.3.3CdS薄膜材料的熱處理235

12.3.4CdS薄膜材料的缺陷236

參考文獻(xiàn)237

第13章CuInSe2(CuInGaSe2)系列薄膜材料239

13.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料和太陽電池240

13.1.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料的基本性質(zhì)240

13.1.2CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）薄膜太陽電池241

13.2CuInSe2（CuInGaSe2）薄膜材料的制備241

13.2.1硒化法制備CuInSe2薄膜材料242

13.2.2共蒸發(fā)法制備CuInSe2薄膜材料242

13.2.3CuInGaSe2薄膜材料的制備243

13.3CuInS2材料的性質(zhì)和太陽電池245

13.3.1CuInS2材料的基本性質(zhì)245

13.3.2CuInS2太陽電池247

13.4CuInS2薄膜材料的制備247

13.4.1硫化法制備CuInS2薄膜材料247

13.4.2濺射沉積法制備CuInS2薄膜材料248

13.4.3化學(xué)水浴法制備CuInS2薄膜材料248

13.5Cu2ZnSnS4薄膜材料和太陽電池250

13.5.1Cu2ZnSnS4材料的基本性質(zhì)250

13.5.2Cu2ZnSnS4的太陽電池251

13.6Cu2ZnSnS4薄膜材料的制備252

13.6.1蒸發(fā)法制備CZTS薄膜材料252

13.6.2濺射法制備CZTS薄膜材料253

13.6.3化學(xué)溶液法制備CZTS薄膜材料254

參考文獻(xiàn)255