太阳电池材料 第二版
作者：杨德仁 著
出版时间： 2018年版
内容简介
太阳能光电方面的研究和应用在全世界范围内方兴未艾，相关太阳能光电工业发展迅速，是令人瞩目的朝阳产业。本书介绍了太阳能及光电转换的基本原理、太阳电池的基本结构和工艺，着重从材料制备和性能的角度出发，阐述了主要的太阳能光电材料的基本制备原理、制备技术以及材料结构、组成对太阳电池的影响。太阳能光电材料包括直拉单晶硅、铸造多晶硅、带硅、非晶硅、多晶硅薄膜、GaAs半导体材料、CdTe和CdS薄膜材料、CuInSe2(CuInS2)薄膜材料等。
原书第一版出版后十年时间里，太阳电池材料的技术发展非常迅速，支撑着太阳电池效率的不断提升和太阳能光伏产业规模的不断扩大。因此，有些知识需要更新，有些知识需要增加。这些都在本书第二版中得到充分反映。这本《太阳电池材料》(第二版)将继续伴随着广大读者，亲历我国太阳能光伏行业的不断进步与发展。
本书可供大专院校的半导体材料与器件、材料科学与工程以及太阳能光伏等能源领域的师生作为教学参考书，也可供从事相关研究和开发的太阳能相关行业科技工作者和企业工程师参考。
目录
第1章太阳能和光电转换1
1.1太阳能1
1.2太阳能辐射和吸收2
1.3太阳能光电的研究和应用历史3
1.4太阳电池的研究和开发6
参考文献8
第2章太阳能光电材料及物理基础10
2.1半导体材料和太阳能光电材料10
2.1.1半导体材料10
2.1.2太阳能光电材料11
2.2载流子和能带12
2.2.1载流子12
2.2.2能带结构12
2.2.3电子和空穴15
2.3杂质和缺陷能级16
2.3.1杂质半导体16
2.3.2杂质能级17
2.3.3深能级18
2.3.4缺陷能级19
2.4热平衡下的载流子20
2.4.1载流子的状态密度和统计分布20
2.4.2本征半导体的载流子浓度23
2.4.3杂质半导体的载流子浓度和补偿23
2.5非平衡少数载流子25
2.5.1非平衡载流子的产生、复合和寿命26
2.5.2非平衡载流子的扩散27
2.5.3非平衡载流子在电场下的漂移和扩散28
2.6p-n结30
2.6.1p-n结的制备30
2.6.2p-n结的能带结构32
2.6.3p-n结的电流电压特性34
2.7金属-半导体接触和MIS结构35
2.7.1金属-半导体接触35
2.7.2欧姆接触37
2.7.3MIS结构38
2.8太阳能光电转换原理——光生伏特效应39
2.8.1半导体材料的光吸收39
2.8.2光生伏特40
参考文献41
第3章太阳电池的结构和制备42
3.1太阳电池的结构和光电转换效率42
3.2晶体硅太阳电池的基本工艺44
3.2.1绒面结构44
3.2.2p-n结制备46
3.2.3减反射层47
3.2.4丝网印刷48
3.2.5烧结49
3.3薄膜太阳电池49
3.3.1砷化镓薄膜太阳电池49
3.3.2非晶硅薄膜太阳电池51
3.3.3多晶硅薄膜太阳电池53
3.3.4CdTe薄膜太阳电池54
3.3.5CuInSe2(CuInGaSe2)薄膜太阳电池55
参考文献57
第4章单晶硅材料58
4.1硅的基本性质58
4.2太阳电池用硅材料61
4.3高纯多晶硅的制备62
4.3.1三氯氢硅氢还原法62
4.3.2硅烷热分解法63
4.3.3四氯化硅氢还原法63
4.4太阳能级多晶硅的制备64
4.4.1太阳能级多晶硅64
4.4.2物理冶金技术制备太阳能级多晶硅64
4.5区熔单晶硅66
4.6直拉单晶硅67
4.6.1直拉单晶硅的生长原理和工艺67
4.6.2新型直拉晶体硅的生长技术70
4.6.3直拉单晶硅的掺杂73
4.7硅晶片加工76
4.7.1切断76
4.7.2滚圆76
4.7.3切片77
4.7.4化学腐蚀79
参考文献79
第5章直拉单晶硅中的杂质和位错81
5.1直拉单晶硅中的氧81
5.1.1氧的基本性质82
5.1.2氧热施主84
5.1.3氧沉淀86
5.1.4硼氧复合体90
5.2直拉单晶硅中的碳94
5.2.1碳的基本性质94
5.2.2碳和氧沉淀95
5.3直拉单晶硅中的金属杂质97
5.3.1金属杂质的基本性质97
5.3.2金属复合体和沉淀101
5.3.3金属杂质的控制102
5.4直拉单晶硅中的位错103
5.4.1位错的基本性质104
5.4.2晶体硅中的位错结构106
5.4.3晶体硅中位错的腐蚀和表征107
5.4.4晶体硅中位错对太阳电池的影响109
参考文献110
第6章铸造多晶硅112
6.1概述112
6.2铸造多晶硅的制备工艺113
6.3铸造多晶硅的晶体生长116
6.3.1铸造多晶硅的原材料116
6.3.2坩埚117
6.3.3晶体生长工艺117
6.3.4晶体生长的影响因素118
6.3.5晶体掺杂120
6.4高效铸造多晶硅的制备121
6.5铸造类(准)单晶硅的制备122
参考文献125
第7章铸造多晶硅中的杂质和缺陷126
7.1铸造多晶硅中的氧126
7.1.1原生铸造多晶硅中的氧杂质126
7.1.2原生铸造多晶硅中的氧施主和氧沉淀127
7.1.3铸造多晶硅中氧的热处理性质129
7.2铸造多晶硅中的碳131
7.2.1原生铸造多晶硅中的碳杂质131
7.2.2铸造多晶硅中碳的热处理性质132
7.3铸造多晶硅中的氮134
7.3.1铸造多晶硅中的氮杂质134
7.3.2铸造多晶硅中的氮氧复合体136
7.3.3铸造多晶硅中的氮对氧沉淀、氧施主的作用138
7.4铸造多晶硅中的氢138
7.4.1铸造多晶硅中的氢杂质138
7.4.2铸造多晶硅中氢的钝化作用139
7.5铸造多晶硅中的金属杂质和吸杂140
7.5.1铸造多晶硅中的金属杂质140
7.5.2铸造多晶硅中的金属沉淀141
7.5.3铸造多晶硅的吸杂142
7.6铸造多晶硅中的晶界145
7.6.1铸造多晶硅的晶界145
7.6.2铸造多晶硅晶界上的金属沉淀147
7.6.3铸造多晶硅晶界的氢钝化149
7.7铸造多晶硅中的位错150
7.7.1铸造多晶硅的位错150
7.7.2铸造多晶硅的位错对电学性能的影响151
参考文献152
第8章带硅材料153
8.1带硅材料的制备153
8.1.1边缘限制薄膜带硅生长技术154
8.1.2线牵引带硅生长技术155
8.1.3枝网带硅工艺155
8.1.4衬底上的带硅生长技术156
8.1.5工艺粉末带硅生长技术157
8.2带硅生长的基本问题158
8.2.1边缘稳定性158
8.2.2应力控制158
8.2.3产率159
8.3带硅材料的缺陷和杂质159
8.3.1带硅材料的晶界159
8.3.2带硅材料的位错160
8.3.3带硅材料的杂质161
8.4带硅材料的氢钝化和吸杂161
8.4.1带硅材料的氢钝化161
8.4.2带硅材料的吸杂162
参考文献163
第9章非晶硅薄膜164
9.1非晶硅薄膜的基本性质165
9.1.1非晶硅的原子结构特征165
9.1.2非晶硅的能带结构166
9.1.3非晶硅的基本特性168
9.2等离子体化学气相沉积制备非晶硅薄膜169
9.2.1辉光放电的基本原理169
9.2.2等离子增强化学气相沉积制备非晶硅薄膜170
9.2.3非晶硅薄膜的生长171
9.2.4非晶硅薄膜的生长机理172
9.3非晶硅薄膜的掺杂174
9.3.1非晶硅的掺杂174
9.3.2非晶硅薄膜中的杂质175
9.4非晶硅薄膜中的氢176
9.4.1硅氢键176
9.4.2非晶硅中氢的态密度177
9.5非晶硅薄膜中的光致衰减178
9.5.1非晶硅薄膜的光致衰减效应178
9.5.2非晶硅薄膜光致衰减效应的影响因素180
9.5.3非晶硅薄膜光致衰减效应的减少和消除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非晶硅锗合金薄膜183
9.7非晶硅/微晶硅叠层薄膜材料184
参考文献184
第10章多晶硅薄膜186
10.1多晶硅薄膜的基本性质186
10.1.1多晶硅薄膜的特点186
10.1.2多晶硅薄膜的制备技术187
10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷189
10.1.4多晶硅薄膜的杂质190
10.2化学气相沉积制备多晶硅薄膜191
10.2.1等离子增强化学气相沉积制备多晶硅薄膜191
10.2.2低压化学气相沉积制备多晶硅薄膜193
10.2.3热丝化学气相沉积制备多晶硅薄膜194
10.3非晶硅晶化制备多晶硅薄膜196
10.3.1固化晶化制备多晶硅薄膜197
10.3.2金属诱导固化晶化制备多晶硅薄膜198
10.3.3快速热处理晶化制备多晶硅薄膜199
10.3.4激光晶化制备多晶硅薄膜201
参考文献202
第11章GaAs半导体材料204
11.1GaAs材料的性质和太阳电池204
11.1.1GaAs的基本性质204
11.1.2GaAs太阳电池207
11.2GaAs体单晶材料208
11.2.1布里奇曼法制备GaAs单晶208
11.2.2液封直拉法制备GaAs单晶210
11.3GaAs薄膜单晶材料211
11.3.1液相外延制备GaAs薄膜单晶211
11.3.2金属-有机化学气相沉积外延制备GaAs薄膜单晶212
11.3.3Si、Ge衬底上外延制备GaAs薄膜材料215
11.4GaAs晶体中的杂质216
11.4.1GaAs单晶掺杂216
11.4.2GaAs单晶中的杂质217
11.5GaAs晶体中的缺陷219
11.5.1GaAs单晶中的点缺陷219
11.5.2GaAs单晶中的位错219
11.5.3GaAs单晶中缺陷的氢钝化220
参考文献221
第12章CdTe和CdS薄膜材料222
12.1CdTe材料和太阳电池222
12.1.1CdTe薄膜材料的基本性质222
12.1.2CdTe薄膜太阳电池224
12.2CdTe薄膜材料的制备224
12.2.1近空间升华法225
12.2.2电化学沉积法226
12.2.3气相输运沉积法230
12.2.4制备CdTe薄膜的其他技术230
12.2.5CdTe薄膜材料的热处理231
12.3CdS薄膜材料232
12.3.1CdS薄膜材料的基本性质232
12.3.2CdS薄膜材料的制备232
12.3.3CdS薄膜材料的热处理235
12.3.4CdS薄膜材料的缺陷236
参考文献237
第13章CuInSe2(CuInGaSe2)系列薄膜材料239
13.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料和太阳电池240
13.1.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料的基本性质240
13.1.2CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）薄膜太阳电池241
13.2CuInSe2（CuInGaSe2）薄膜材料的制备241
13.2.1硒化法制备CuInSe2薄膜材料242
13.2.2共蒸发法制备CuInSe2薄膜材料242
13.2.3CuInGaSe2薄膜材料的制备243
13.3CuInS2材料的性质和太阳电池245
13.3.1CuInS2材料的基本性质245
13.3.2CuInS2太阳电池247
13.4CuInS2薄膜材料的制备247
13.4.1硫化法制备CuInS2薄膜材料247
13.4.2溅射沉积法制备CuInS2薄膜材料248
13.4.3化学水浴法制备CuInS2薄膜材料248
13.5Cu2ZnSnS4薄膜材料和太阳电池250
13.5.1Cu2ZnSnS4材料的基本性质250
13.5.2Cu2ZnSnS4的太阳电池251
13.6Cu2ZnSnS4薄膜材料的制备252
13.6.1蒸发法制备CZTS薄膜材料252
13.6.2溅射法制备CZTS薄膜材料253
13.6.3化学溶液法制备CZTS薄膜材料254
参考文献255