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第1章 太阳能与太阳能电池1

1.1 能源消耗与太阳能1

1.2 光伏效应及应用6

1.3 太阳能电池的发展8

1.4 太阳能电池的特性9

1.4.1 光电流与量子效率9

1.4.2 开路电压11

1.4.3 光电转换效率12

1.4.4 串联电阻13

1.4.5 非理想的二极管特性14

1.5 太阳能电池的应用14

本章参考文献15

第二章 太阳能电池基础17

2.1 光子与太阳能光谱17

2.1.1 黑体辐射17

2.1.2 太阳能光谱及大气质量18

2.2 太阳能电池器件原理21

2.2.1 半导体材料的基本属性21

2.2.2 载流子的产生、复合与输运32

2.2.3 半导体结37

2.3 太阳能电池的效率上限45

2.3.1 细致平衡原理45

2.3.2 太阳能电池的最高效率46

本章参考文献47

第三章 晶体硅太阳能电池48

3.1 硅制造工艺48

3.1.1 硅材料48

3.1.2 太阳能级硅材料48

3.1.3 单晶硅的制造49

3.1.4 多晶硅的制造53

3.1.5 国内太阳能级硅现状58

3.2 晶体硅太阳能电池原理及基本结构58

3.2.1 晶体硅太阳能电池的原理58

3.2.2 晶体硅太阳能电池的基本结构59

3.3 晶体硅太阳能电池电特性及限制因素60

3.3.1 晶体硅太阳能电池的电特性60

3.3.2 晶体硅太阳能电池效率限制因素62

3.4 工业生产中的晶体硅太阳能电池结构与制备流程63

3.4.1 工业晶体硅太阳能电池结构63

3.4.2 业化基本制作流程64

3.5 工艺详解及改进72

3.5.1 丝网印刷72

3.5.2 薄晶圆工艺75

3.5.3 表面钝化工艺76

3.5.4 选择性发射极技术77

3.5.5 快速加热技术78

3.6 制造多晶硅太阳能电池的一些特殊方法79

3.6.1 多晶硅太阳能电池的除杂79

3.6.2 氢钝化工艺79

3.6.3 光捕获工艺81

3.7 高效晶体硅太阳能电池技术和结构83

3.7.1 带状硅技术83

3.7.2 高效低阻硅太阳能电池83

3.7.3 钝化发射极和背面结构电池84

3.7.4 发射极钝化及背部局部扩散结构电池85

3.7.5 刻槽埋栅技术85

3.7.6 倾斜蒸镀金属接触式太阳能电池86

3.7.7 金属穿孔卷绕技术87

3.7.8 插指状背电极结构电池88

3.7.9 热载流子太阳能电池89

3.7.10 背高效表面反射太阳能电池90

3.7.11 异质结结构电池90

3.8 晶体硅太阳能电池展望92

本章参考文献93

第四章 高效的Ⅲ-Ⅴ族单结及多结太阳能电池97

4.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料97

4.1.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的命名97

4.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的性质98

4.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体太阳能电池的应用99

4.2.1 空间应用99

4.2.2 陆地能源应用102

4.3 Ⅲ-Ⅴ族单结及多结太阳能电池基础103

4.3.1 直接带隙与间接带隙103

4.3.2 单结及多结太阳能电池效率的原理限制103

4.3.3 光谱分离106

4.3.4 器件结构116

4.4 GaInP/GaAs/Ge多结电池发展及存在问题117

4.4.1 GaInP太阳能电池117

4.4.2 GaAs太阳能电池126

4.4.3 Ge太阳能电池127

4.4.4 隧道结129

4.5 高效多结太阳能电池的发展130

4.5.1 高效多结太阳能电池存在的问题130

4.5.2 高效多结太阳能电池的发展131

本章参考文献133

第五章 非晶硅基薄膜太阳能电池139

5.1 非晶硅基太阳能电池介绍139

5.2 非晶硅材料的特性141

5.2.1 非晶硅材料的研究和发展现状141

5.2.2 原子结构142

5.2.3 非晶硅材料的电子态143

5.2.4 非晶硅的掺杂和电学特性145

5.2.5 非晶硅合金的带宽调整146

5.2.6 非晶硅基薄膜材料的光学性质147

5.3 非晶硅薄膜的制备技术和非晶硅电池的产业化151

5.3.1 常见的a-Si薄膜制备技术151

5.3.2 非晶硅薄膜生长过程中的反应动力学152

5.3.3 等离子增强化学气相沉积155

5.3.4 热丝化学气相沉积158

5.3.5 微晶硅沉积技术160

5.3.6 硅基薄膜材料的优化163

5.3.7 非晶硅太阳能电池生产流程及产业化164

5.4 非晶硅太阳能电池常见结构及其工作原理166

5.4.1 单结非晶硅薄膜太阳能电池的结构及工作原理166

5.4.2 多结非晶硅薄膜太阳能电池的结构及工作原理177

5.5 非晶硅太阳能电池的发展过程和未来展望182

5.5.1 非晶硅太阳能电池的发展过程182

5.5.2 未来展望与挑战184

本章参考文献184

第六章 Cu（InGa）Se2太阳能电池188

6.1 材料特性188

6.1.1 材料结构及组分188

6.1.2 光学性质191

6.1.3 电学性质193

6.1.4 表面、晶界及衬底194

6.2 器件性质196

6.2.1 光电流的产生196

6.2.2 复合200

6.2.3 Cu(InGa)Se2/CdS界面特性205

6.2.4 渐变带宽器件208

6.3 Cu(InGa)Se2太阳能电池器件的制造210

6.3.1 材料的沉积技术210

6.3.2 结与器件的形成216

6.4 Cu(InGa)Se2太阳能电池的发展224

6.4.1 CIGS太阳能电池的发展过程224

6.4.2 发展中的挑战227

6.4.3 发展前景预测227

本章参考文献229

第七章 CdTe太阳能电池232

7.1 引言232

7.2 材料属性234

7.3 CdTe太阳能电池的结构及工艺实现236

7.3.1 衬底236

7.3.2 前电极237

7.3.3 窗口层237

7.3.4 吸收层239

7.3.5 背接触244

7.4 CdS/CdTe结特性247

7.5 CdTe太阳能电池器件特性248

7.6 CdTe太阳能电池的发展前景252

本章参考文献255

第八章 染料敏化太阳能电池258

8.1 引言258

8.2 DSSC器件结构260

8.2.1 导电基底材料260

8.2.2 纳米多孔半导体薄膜260

8.2.3 染料光敏化剂260

8.2.4 电解质261

8.2.5 对电极261

8.3 DSSC器件的工作原理261

8.4 器件的制造工艺267

8.4.1 二氧化钛纳米晶薄膜电极的制备267

8.4.2 染料在TiO2纳米薄膜中的填充268

8.4.3 电解液的制备268

8.4.4 对电极的制备269

8.5 DSSC器件的进展269

8.5.1 工作电极269

8.5.2 电解质272

8.5.3 染料敏化剂277

8.5.4 对电极285

8.6 展望290

本章参考文献291

第九章 有机太阳能电池298

9.1 有机半导体的特点299

9.2 有机半导体光伏器件材料301

9.2.1 电子给体材料302

9.2.2 电子受体材料304

9.2.3 缓冲层界面材料305

9.2.4 代替ITO的一些新型材料310

9.3 有机太阳能电池的基本结构311

9.3.1 单层有机太阳能电池311

9.3.2 双层异质结有机太阳能电池311

9.3.3 体异质结有机太阳能电池313

9.3.4 有机太阳能电池的常规结构及反转结构314

9.4 有机太阳能电池的工作原理315

9.4.1 光子的吸收316

9.4.2 激子的产生317

9.4.3 激子扩散317

9.4.4 激子的分离318

9.4.5 电荷传输321

9.4.6 电极的收集322

9.5 有机太阳能电池的宏观电学特性323

9.5.1 开路电压324

9.5.2 短路电流和填充因子325

9.6 有机叠层太阳能电池325

9.6.1 有机叠层电池机理327

9.6.2 有机叠层电池结构介绍328

9.6.3 叠层结构中的中间连接层工程332

9.7 有机太阳能电池衰退机理335

9.7.1 器件的化学衰退336

9.7.2 物理及机械衰退机理338

9.7.3 器件的封装338

9.8 有机太阳能电池的制造工艺339

9.9 有机太阳能电池的发展344

本章参考文献346

第十章 高效半导体光伏器件概述348

10.1 太阳能电池的效率348

10.2 太阳能电池效率的极限350

10.2.1 太阳能电池效率的热力学极限350

10.2.2 太阳能电池效率的细致平衡原理极限351

10.3 含有多带隙吸光结构的电池355

10.3.1 叠层太阳能电池356

10.3.2 中间带隙及多带隙太阳能电池358

10.4 热载流子太阳能电池362

10.5 碰撞电离太阳能电池367

10.6 总结369

本章参考文献370