內容簡介
在各種能源形式中，電能無疑是用處最為廣泛的能源，它幾乎套用於人類生活的各個方面。隨著人們對環境保護的不斷重視，如何利用清潔無污染的方法獲得電能成為當今社會的重要課題。
與煤、石油、天然氣等儲量有限且不可再生資源不同，太陽能取之不盡，用之不竭，清潔無污染，是理想的能源來源。隨著太陽能光伏器件的出現，人類獲得了一種直接從太陽能產生高質量能源的方法。 近年來，半導體太陽能光伏器件已套用於從太陽能電站到路燈光伏照明系統等許多方面，未來半導體太陽能光伏器件將扮演著越來越重要的角色。
半導體太陽能光伏器件種類繁多，本書對最為常見和成熟的半導體太陽能光伏器件進行了詳細介紹，包括晶體矽太陽能電池、非晶矽基薄膜太陽能電池、Ⅲ-Ⅴ族單結及多結太陽能電池、Cu(InGa)Se2太陽能電池、CdTe太陽能電池、染料敏化電池和有機太陽能電池。這些半導體太陽能光伏器件具有代表性，掌握了這些器件的結構、原理和製作工藝，對於其他類型的半導體太陽能光伏器件的理解也就比較容易了。
在本書的編寫過程中，編者既重視各章內容之間的相互聯繫, 又適當保持了各章的相對獨立性。第一章和第二章為本書的基礎理論介紹，在閱讀後面章節前應先行閱讀這兩章。第三章至第九章分別介紹各種類型的半導體太陽能光伏器件，這些章節可根據需要進行選讀，而不影響對章節內容的理解。第十章在前面各章的基礎上進一步討論半導體太陽能光伏器件的理論效率及實現最大效率的途徑，以使讀者對半導體太陽能光伏器件的進一步發展有一個完整的概念。
本書可供半導體專業高年級本科生及研究生學習使用，對從事半導體太陽能光伏器件研究、生產的科研人員和工程師也有重要的參考價值，材料、能源、信息等領域的科技人員以及對半導體光伏器件感興趣的其他相關人員也可從本書中獲得太陽能光伏器件的相關知識。
目錄
第1章 太陽能與太陽能電池 1
1.1 能源消耗與太陽能 1
1.2 光伏效應及套用 6
1.3 太陽能電池的發展 8
1.4 太陽能電池的特性 9
1.4.1 光電流與量子效率 9
1.4.2 開路電壓 11
1.4.3 光電轉換效率 12
1.4.4 串聯電阻 13
1.4.5 非理想的二極體特性 14
1.5 太陽能電池的套用 14
本章參考文獻 15
第二章 太陽能電池基礎 17
2.1 光子與太陽能光譜 17
2.1.1 黑體輻射 17
2.1.2 太陽能光譜及大氣質量 18
2.2 太陽能電池器件原理 21
2.2.1 半導體材料的基本屬性 21
2.2.2 載流子的產生、複合與輸運 32
2.2.3 半導體結 37
2.3 太陽能電池的效率上限 45
2.3.1 細緻平衡原理 45
2.3.2 太陽能電池的最高效率 46
本章參考文獻 47
第三章 晶體矽太陽能電池 48
3.1 矽製造工藝 48
3.1.1 矽材料 48
3.1.2 太陽能級矽材料 48
3.1.3 單晶矽的製造 49
3.1.4 多晶矽的製造 53
3.1.5 國內太陽能級矽現狀 58
3.2 晶體矽太陽能電池原理及基本結構 58
3.2.1 晶體矽太陽能電池的原理 58
3.2.2 晶體矽太陽能電池的基本結構 59
3.3 晶體矽太陽能電池電特性及限制因素 60
3.3.1 晶體矽太陽能電池的電特性 60
3.3.2 晶體矽太陽能電池效率限制因素 62
3.4 工業生產中的晶體矽太陽能電池結構與製備流程 63
3.4.1 工業晶體矽太陽能電池結構 63
3.4.2 工業化基本製作流程 64
3.5 工藝詳解及改進 72
3.5.1 絲網印刷 72
3.5.2 薄晶圓工藝 75
3.5.3 表面鈍化工藝 76
3.5.4 選擇性發射極技術 77
3.5.5 快速加熱技術 78
3.6 製造多晶矽太陽能電池的一些特殊方法 79
3.6.1 多晶矽太陽能電池的除雜 79
3.6.2 氫鈍化工藝 79
3.6.3 光捕獲工藝 81
3.7 高效晶體矽太陽能電池技術和結構 83
3.7.1 帶狀矽技術 83
3.7.2 高效低阻矽太陽能電池 83
3.7.3 鈍化發射極和背面結構電池 84
3.7.4 發射極鈍化及背部局部擴散結構電池 85
3.7.5 刻槽埋柵技術 85
3.7.6 傾斜蒸鍍金屬接觸式太陽能電池 86
3.7.7 金屬穿孔卷繞技術 87
3.7.8 插指狀背電極結構電池 88
3.7.9 熱載流子太陽能電池 89
3.7.10 背高效表面反射太陽能電池 90
3.7.11 異質結結構電池 90
3.8 晶體矽太陽能電池展望 92
本章參考文獻 93
第四章 高效的Ⅲ-Ⅴ族單結及多結太陽能電池 97
4.1 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料 97
4.1.1 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料的命名 97
4.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半導體材料的性質 98
4.2 Ⅲ-Ⅴ族半導體太陽能電池的套用 99
4.2.1 空間套用 99
4.2.2 陸地能源套用 102
4.3 Ⅲ-Ⅴ族單結及多結太陽能電池基礎 103
4.3.1 直接帶隙與間接帶隙 103
4.3.2 單結及多結太陽能電池效率的原理限制 103
4.3.3 光譜分離 106
4.3.4 器件結構 116
4.4 GaInP/GaAs/Ge多結電池發展及存在問題 117
4.4.1 GaInP太陽能電池 117
4.4.2 GaAs太陽能電池 126
4.4.3 Ge太陽能電池 127
4.4.4 隧道結 129
4.5 高效多結太陽能電池的發展 130
4.5.1 高效多結太陽能電池存在的問題 130
4.5.2 高效多結太陽能電池的發展 131
本章參考文獻 133
第五章 非晶矽基薄膜太陽能電池 139
5.1 非晶矽基太陽能電池介紹 139
5.2 非晶矽材料的特性 141
5.2.1 非晶矽材料的研究和發展現狀 141
5.2.2 原子結構 142
5.2.3 非晶矽材料的電子態 143
5.2.4 非晶矽的摻雜和電學特性 145
5.2.5 非晶矽合金的頻寬調整 146
5.2.6 非晶矽基薄膜材料的光學性質 147
5.3 非晶矽薄膜的製備技術和非晶矽電池的產業化 151
5.3.1 常見的aSi薄膜製備技術 151
5.3.2 非晶矽薄膜生長過程中的反應動力學 152
5.3.3 等離子增強化學氣相沉積 155
5.3.4 熱絲化學氣相沉積 158
5.3.5 微晶矽沉積技術 160
5.3.6 矽基薄膜材料的最佳化 163
5.3.7 非晶矽太陽能電池生產流程及產業化 164
5.4 非晶矽太陽能電池常見結構及其工作原理 166
5.4.1 單結非晶矽薄膜太陽能電池的結構及工作原理 166
5.4.2 多結非晶矽薄膜太陽能電池的結構及工作原理 177
5.5 非晶矽太陽能電池的發展過程和未來展望 182
5.5.1 非晶矽太陽能電池的發展過程 182
5.5.2 未來展望與挑戰 184
本章參考文獻 184
第六章 Cu(InGa)Se2太陽能電池 188
6.1 材料特性 188
6.1.1 材料結構及組分 188
6.1.2 光學性質 191
6.1.3 電學性質 193
6.1.4 表面、晶界及襯底 194
6.2 器件性質 196
6.2.1 光電流的產生 196
6.2.2 複合 200
6.2.3 Cu(InGa)Se2/CdS 界面特性 205
6.2.4 漸變頻寬器件 208
6.3 Cu(InGa)Se2太陽能電池器件的製造 210
6.3.1 材料的沉積技術 210
6.3.2 結與器件的形成 216
6.4 Cu(InGa)Se2太陽能電池的發展 224
6.4.1 CIGS太陽能電池的發展過程 224
6.4.2 發展中的挑戰 227
6.4.3 發展前景預測 227
本章參考文獻 229
第七章 CdTe太陽能電池 232
7.1 引言 232
7.2 材料屬性 234
7.3 CdTe太陽能電池的結構及工藝實現 236
7.3.1 襯底 236
7.3.2 前電極 237
7.3.3 視窗層 237
7.3.4 吸收層 239
7.3.5 背接觸 244
7.4 CdS/CdTe結特性 247
7.5 CdTe太陽能電池器件特性 248
7.6 CdTe太陽能電池的發展前景 252
本章參考文獻 255
第八章 染料敏化太陽能電池 258
8.1 引言 258
8.2 DSSC器件結構 260
8.2.1 導電基底材料 260
8.2.2 納米多孔半導體薄膜 260
8.2.3 染料光敏化劑 260
8.2.4 電解質 261
8.2.5 對電極 261
8.3 DSSC器件的工作原理 261
8.4 器件的製造工藝 267
8.4.1 二氧化鈦納米晶薄膜電極的製備 267
8.4.2 染料在TiO2納米薄膜中的填充 268
8.4.3 電解液的製備 268
8.4.4 對電極的製備 269
8.5 DSSC器件的進展 269
8.5.1 工作電極 269
8.5.2 電解質 272
8.5.3 染料敏化劑 277
8.5.4 對電極 285
8.6 展望 290
本章參考文獻 291
第九章 有機太陽能電池 298
9.1 有機半導體的特點 299
9.2 有機半導體光伏器件材料 301
9.2.1 電子給體材料 302
9.2.2 電子受體材料 304
9.2.3 緩衝層界面材料 305
9.2.4 代替ITO的一些新型材料 310
9.3 有機太陽能電池的基本結構 311
9.3.1 單層有機太陽能電池 311
9.3.2 雙層異質結有機太陽能電池 311
9.3.3 體異質結有機太陽能電池 313
9.3.4 有機太陽能電池的常規結構及反轉結構 314
9.4 有機太陽能電池的工作原理 315
9.4.1 光子的吸收 316
9.4.2 激子的產生 317
9.4.3 激子擴散 317
9.4.4 激子的分離 318
9.4.5 電荷傳輸 321
9.4.6 電極的收集 322
9.5 有機太陽能電池的巨觀電學特性 323
9.5.1 開路電壓 324
9.5.2 短路電流和填充因子 325
9.6 有機疊層太陽能電池 325
9.6.1 有機疊層電池機理 327
9.6.2 有機疊層電池結構介紹 328
9.6.3 疊層結構中的中間連線層工程 332
9.7 有機太陽能電池衰退機理 335
9.7.1 器件的化學衰退 336
9.7.2 物理及機械衰退機理 338
9.7.3 器件的封裝 338
9.8 有機太陽能電池的製造工藝 339
9.9 有機太陽能電池的發展 344
本章參考文獻 346
第十章 高效半導體光伏器件概述 348
10.1 太陽能電池的效率 348
10.2 太陽能電池效率的極限 350
10.2.1 太陽能電池效率的熱力學極限 350
10.2.2 太陽能電池效率的細緻平衡原理極限 351
10.3 含有多帶隙吸光結構的電池 355
10.3.1 疊層太陽能電池 356
10.3.2 中間帶隙及多帶隙太陽能電池 358
10.4 熱載流子太陽能電池 362
10.5 碰撞電離太陽能電池 367
10.6 總結 369
本章參考文獻 370
