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第1章 绪论——高效晶体硅和异质结太阳电池1

1.1太阳和太阳能1

1.2太阳电池2

1.3晶体硅太阳电池的结构4

1.4晶体硅太阳电池的效率分析5

1.5高效晶体硅太阳电池介绍6

1.5.1钝化发射极太阳电池6

1.5.2氧化铝钝化的太阳电池10

1.5.3选择性发射极太阳电池12

1.5.4 MWT太阳电池18

1.5.5 n型晶体硅太阳电池20

1.5.6 IBC太阳电池24

1.6非晶硅/晶体硅异质结太阳电池28

1.6.1 HIT太阳电池的结构与特点29

1.6.2获得高效率HIT太阳电池的方法31

1.6.3 HIT太阳电池的效率进展32

1.6.4非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的其他单位研发情况33

1.7本书的安排36

参考文献37

第2章 半导体异质结基本知识44

2.1异质结基本概念44

2.1.1理想异质结的能带图44

2.1.2反型异质结的主要公式46

2.1.3异质结中的界面态48

2.1.4有界面态的异质结能带图50

2.2异质结的伏安特性51

2.2.1尖峰势垒高度的影响因素52

2.2.2理想突变异质结的伏安特性53

2.2.3有界面态的异质结的伏安特性59

2.3异质结的注入特性62

2.3.1高注入特性62

2.3.2超注入特性63

2.4异质结的光电特性64

2.4.1反型异质结的光伏特性65

2.4.2反型异质结的光电流和光谱响应66

2.5晶体硅和非晶硅薄膜的基本物理参数72

参考文献74

第3章 与异质结太阳电池相关的表征与测试75

3.1太阳电池的基本表征参数75

3.1.1太阳电池等效电路75

3.1.2太阳电池的基本参数78

3.1.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的Ⅰ-Ⅴ曲线81

3.1.4太阳电池的温度系数81

3.1.5太阳电池的标准测试条件83

3.2太阳电池的光谱响应和量子效率84

3.2.1光谱响应84

3.2.2量子效率85

3.3少数载流子寿命及其测量88

3.3.1非平衡少数载流子88

3.3.2少数载流子寿命89

3.3.3少数载流子寿命对太阳电池性能的影响92

3.3.4少数载流子寿命的测量94

3.4薄膜的表征测试技术介绍97

3.4.1拉曼光谱98

3.4.2傅里叶变换红外吸收光谱101

3.5异质结太阳电池的电容效应及其Ⅰ-Ⅴ检测对策103

3.5.1 p-n结的电容103

3.5.2电容效应对太阳电池Ⅰ- Ⅴ测试的影响105

3.5.3异质结太阳电池的Ⅰ- Ⅴ检测对策108

参考文献112

第4章 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池制备115

4.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的结构115

4.2非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制作工序117

4.3硅片的湿化学处理118

4.3.1去损伤层120

4.3.2制绒121

4.3.3表面氧化层的去除和表面调控124

4.4非晶硅薄膜的沉积126

4.4.1硅薄膜沉积设备126

4.4.2本征非晶硅薄膜129

4.4.3掺杂非晶硅薄膜141

4.4.4非晶硅薄膜的光吸收147

4.5 TCO薄膜的沉积148

4.5.1 TCO薄膜的制备方法和设备149

4.5.2硅异质结太阳电池对TCO薄膜的要求153

4.5.3 TCO薄膜在硅异质结太阳电池上的应用155

4.6电极制作159

4.6.1电极制作的方法160

4.6.2丝网印刷在硅异质结太阳电池上的应用161

4.7非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的薄片化165

4.7.1硅片减薄对太阳电池的影响166

4.7.2薄型HIT太阳电池166

4.8发射极在背面的硅异质结太阳电池168

4.8.1背发射极硅异质结太阳电池169

4.8.2背接触硅异质结太阳电池170

4.9非晶硅/晶体硅异质结太阳电池组件的应用173

4.9.1 HIT电池组件173

4.9.2 HIT双面组件175

4.9.3关于HIT组件的PID177

参考文献179

第5章 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的物理问题189

5.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的能带189

5.1.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的能带图189

5.1.2非晶硅/晶体硅异质结的带阶193

5.1.3 TCO薄膜对非晶硅/晶体硅异质结能带的影响197

5.2非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的钝化机制198

5.2.1硅异质结太阳电池的开路电压和钝化198

5.2.2本征非晶硅的钝化202

5.2.3掺杂非晶硅的钝化206

5.2.4其他钝化方案208

5.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的界面210

5.3.1本征非晶硅/掺杂非晶硅界面210

5.3.2掺杂非晶硅/TCO薄膜界面212

5.4非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的电输运特性216

5.4.1非晶硅/晶体硅异质结电池中的电荷输运基本过程217

5.4.2电流-电压特性218

5.5结语225

参考文献226

第6章 硅基异质结太阳电池的模拟233

6.1太阳电池模拟的基本原则233

6.1.1光学模拟234

6.1.2电学模拟234

6.2用于异质结太阳电池模拟的软件简介237

6.2.1 AFORS-HET软件简介237

6.2.2 AMPS软件简介238

6.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的模拟研究239

6.3.1以n型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟239

6.3.2以p型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟246

6.4 IBC-SHJ太阳电池的二维模拟249

6.4.1模拟用IBC-SHJ太阳电池的基本结构250

6.4.2 IBC-SHJ太阳电池的背面几何尺寸模拟优化251

6.4.3前表面钝化对IBC-SHJ太阳电池影响的模拟255

6.4.4背表面钝化和界面缺陷对IBC-SHJ太阳电池影响的模拟256

6.5新结构硅基异质结太阳电池的模拟研究260

6.5.1硅基同质-异质结太阳电池的模拟研究260

6.5.2纳米柱阵列硅异质结太阳电池的模拟264

6.5.3硅基金属化合物半导体异质结太阳电池的模拟266

参考文献271

第7章 新型硅基异质结太阳电池277

7.1硅量子点/晶体硅异质结太阳电池277

7.1.1氧化硅基体中的硅量子点/晶体硅异质结电池279

7.1.2碳化硅基体中的硅量子点/晶体硅异质结电池282

7.1.3氮化硅基体中的硅量子点及异质结太阳电池284

7.2 Ⅱ -Ⅵ族半导体/晶体硅异质结太阳电池285

7.2.1 CdSe/Si异质结太阳电池285

7.2.2 ZnO/Si异质结太阳电池287

7.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体/晶体硅异质结太阳电池291

7.3.1 GaN/Si异质结太阳电池292

7.3.2 InAs/Si异质结太阳电池294

7.4碳/晶体硅异质结太阳电池295

7.4.1非晶碳/硅异质结太阳电池295

7.4.2 CNT/Si异质结太阳电池297

7.4.3石墨烯/硅太阳电池302

7.5新型硅基异质结太阳电池的展望303

参考文献304

索引311