第1章 太陽(yáng)能與太陽(yáng)能電池 1 1.1 能源消耗與太陽(yáng)能 1 1.2 光伏效應(yīng)及應(yīng)用 6 1.3 太陽(yáng)能電池的發(fā)展 8 1.4 太陽(yáng)能電池的特性 9 1.4.1 光電流與量子效率 9 1.4.2 開(kāi)路電壓 11 1.4.3 光電轉(zhuǎn)換效率 12 1.4.4 串聯(lián)電阻 13 1.4.5 非理想的二極管特性 14 1.5 太陽(yáng)能電池的應(yīng)用 14 本章參考文獻(xiàn) 15 第二章 太陽(yáng)能電池基礎(chǔ) 17 2.1 光子與太陽(yáng)能光譜 17 2.1.1 黑體輻射 17 2.1.2 太陽(yáng)能光譜及大氣質(zhì)量 18 2.2 太陽(yáng)能電池器件原理 21 2.2.1 半導(dǎo)體材料的基本屬性 21 2.2.2 載流子的產(chǎn)生、復(fù)合與輸運(yùn) 32 2.2.3 半導(dǎo)體結(jié) 37 2.3 太陽(yáng)能電池的效率上限 45 2.3.1 細(xì)致平衡原理 45 2.3.2 太陽(yáng)能電池的最高效率 46 本章參考文獻(xiàn) 47 第三章 晶體硅太陽(yáng)能電池 48 3.1 硅制造工藝 48 3.1.1 硅材料 48 3.1.2 太陽(yáng)能級(jí)硅材料 48 3.1.3 單晶硅的制造 49 3.1.4 多晶硅的制造 53 3.1.5 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能級(jí)硅現(xiàn)狀 58 3.2 晶體硅太陽(yáng)能電池原理及基本結(jié)構(gòu) 58 3.2.1 晶體硅太陽(yáng)能電池的原理 58 3.2.2 晶體硅太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu) 59 3.3 晶體硅太陽(yáng)能電池電特性及限制因素 60 3.3.1 晶體硅太陽(yáng)能電池的電特性 60 3.3.2 晶體硅太陽(yáng)能電池效率限制因素 62 3.4 工業(yè)生產(chǎn)中的晶體硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)與制備流程 63 3.4.1 工業(yè)晶體硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu) 63 3.4.2 工業(yè)化基本制作流程 64 3.5 工藝詳解及改進(jìn) 72 3.5.1 絲網(wǎng)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(fā)射極技術(shù) 77 3.5.5 快速加熱技術(shù) 78 3.6 制造多晶硅太陽(yáng)能電池的一些特殊方法 79 3.6.1 多晶硅太陽(yáng)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 高效晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)和結(jié)構(gòu) 83 3.7.1 帶狀硅技術(shù) 83 3.7.2 高效低阻硅太陽(yáng)能電池 83 3.7.3 鈍化發(fā)射極和背面結(jié)構(gòu)電池 84 3.7.4 發(fā)射極鈍化及背部局部擴(kuò)散結(jié)構(gòu)電池 85 3.7.5 刻槽埋柵技術(shù) 85 3.7.6 傾斜蒸鍍金屬接觸式太陽(yáng)能電池 86 3.7.7 金屬穿孔卷繞技術(shù) 87 3.7.8 插指狀背電極結(jié)構(gòu)電池 88 3.7.9 熱載流子太陽(yáng)能電池 89 3.7.10 背高效表面反射太陽(yáng)能電池 90 3.7.11 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)電池 90 3.8 晶體硅太陽(yáng)能電池展望 92 本章參考文獻(xiàn) 93 第四章 高效的Ⅲ-Ⅴ族單結(jié)及多結(jié)太陽(yáng)能電池 97 4.1 Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料 97 4.1.1 Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的命名 97 4.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的性質(zhì) 98 4.2 Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的應(yīng)用 99 4.2.1 空間應(yīng)用 99 4.2.2 陸地能源應(yīng)用 102 4.3 Ⅲ-Ⅴ族單結(jié)及多結(jié)太陽(yáng)能電池基礎(chǔ) 103 4.3.1 直接帶隙與間接帶隙 103 4.3.2 單結(jié)及多結(jié)太陽(yáng)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(jié)構(gòu) 116 4.4 GaInP/GaAs/Ge多結(jié)電池發(fā)展及存在問(wèn)題 117 4.4.1 GaInP太陽(yáng)能電池 117 4.4.2 GaAs太陽(yáng)能電池 126 4.4.3 Ge太陽(yáng)能電池 127 4.4.4 隧道結(jié) 129 4.5 高效多結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)展 130 4.5.1 高效多結(jié)太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題 130 4.5.2 高效多結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)展 131 本章參考文獻(xiàn) 133 第五章 非晶硅基薄膜太陽(yáng)能電池 139 5.1 非晶硅基太陽(yáng)能電池介紹 139 5.2 非晶硅材料的特性 141 5.2.1 非晶硅材料的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 141 5.2.2 原子結(jié)構(gòu) 142 5.2.3 非晶硅材料的電子態(tài) 143 5.2.4 非晶硅的摻雜和電學(xué)特性 145 5.2.5 非晶硅合金的帶寬調(diào)整 146 5.2.6 非晶硅基薄膜材料的光學(xué)性質(zhì) 147 5.3 非晶硅薄膜的制備技術(shù)和非晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化 151 5.3.1 常見(jiàn)的a�睸i薄膜制備技術(shù) 151 5.3.2 非晶硅薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 152 5.3.3 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 155 5.3.4 熱絲化學(xué)氣相沉積 158 5.3.5 微晶硅沉積技術(shù) 160 5.3.6 硅基薄膜材料的優(yōu)化 163 5.3.7 非晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)流程及產(chǎn)業(yè)化 164 5.4 非晶硅太陽(yáng)能電池常見(jiàn)結(jié)構(gòu)及其工作原理 166 5.4.1 單結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 166 5.4.2 多結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理 177 5.5 非晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展過(guò)程和未來(lái)展望 182 5.5.1 非晶硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展過(guò)程 182 5.5.2 未來(lái)展望與挑戰(zhàn) 184 本章參考文獻(xiàn) 184 第六章 Cu(InGa)Se2太陽(yáng)能電池 188 6.1 材料特性 188 6.1.1 材料結(jié)構(gòu)及組分 188 6.1.2 光學(xué)性質(zhì) 191 6.1.3 電學(xué)性質(zhì) 193 6.1.4 表面、晶界及襯底 194 6.2 器件性質(zhì) 196 6.2.1 光電流的產(chǎn)生 196 6.2.2 復(fù)合 200 6.2.3 Cu(InGa)Se2/CdS 界面特性 205 6.2.4 漸變帶寬器件 208 6.3 Cu(InGa)Se2太陽(yáng)能電池器件的制造 210 6.3.1 材料的沉積技術(shù) 210 6.3.2 結(jié)與器件的形成 216 6.4 Cu(InGa)Se2太陽(yáng)能電池的發(fā)展 224 6.4.1 CIGS太陽(yáng)能電池的發(fā)展過(guò)程 224 6.4.2 發(fā)展中的挑戰(zhàn) 227 6.4.3 發(fā)展前景預(yù)測(cè) 227 本章參考文獻(xiàn) 229 第七章 CdTe太陽(yáng)能電池 232 7.1 引言 232 7.2 材料屬性 234 7.3 CdTe太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工藝實(shí)現(xiàn) 236 7.3.1 襯底 236 7.3.2 前電極 237 7.3.3 窗口層 237 7.3.4 吸收層 239 7.3.5 背接觸 244 7.4 CdS/CdTe結(jié)特性 247 7.5 CdTe太陽(yáng)能電池器件特性 248 7.6 CdTe太陽(yáng)能電池的發(fā)展前景 252 本章參考文獻(xiàn) 255 第八章 染料敏化太陽(yáng)能電池 258 8.1 引言 258 8.2 DSSC器件結(jié)構(gòu) 260 8.2.1 導(dǎo)電基底材料 260 8.2.2 納米多孔半導(dǎo)體薄膜 260 8.2.3 染料光敏化劑 260 8.2.4 電解質(zhì) 261 8.2.5 對(duì)電極 261 8.3 DSSC器件的工作原理 261 8.4 器件的制造工藝 267 8.4.1 二氧化鈦納米晶薄膜電極的制備 267 8.4.2 染料在TiO2納米薄膜中的填充 268 8.4.3 電解液的制備 268 8.4.4 對(duì)電極的制備 269 8.5 DSSC器件的進(jìn)展 269 8.5.1 工作電極 269 8.5.2 電解質(zhì) 272 8.5.3 染料敏化劑 277 8.5.4 對(duì)電極 285 8.6 展望 290 本章參考文獻(xiàn) 291 第九章 有機(jī)太陽(yáng)能電池 298 9.1 有機(jī)半導(dǎo)體的特點(diǎn) 299 9.2 有機(jī)半導(dǎo)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 緩沖層界面材料 305 9.2.4 代替ITO的一些新型材料 310 9.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu) 311 9.3.1 單層有機(jī)太陽(yáng)能電池 311 9.3.2 雙層異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池 311 9.3.3 體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池 313 9.3.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池的常規(guī)結(jié)構(gòu)及反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu) 314 9.4 有機(jī)太陽(yáng)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(chǎn)生 317 9.4.3 激子擴(kuò)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(jī)太陽(yáng)能電池的宏觀電學(xué)特性 323 9.5.1 開(kāi)路電壓 324 9.5.2 短路電流和填充因子 325 9.6 有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池 325 9.6.1 有機(jī)疊層電池機(jī)理 327 9.6.2 有機(jī)疊層電池結(jié)構(gòu)介紹 328 9.6.3 疊層結(jié)構(gòu)中的中間連接層工程 332 9.7 有機(jī)太陽(yáng)能電池衰退機(jī)理 335 9.7.1 器件的化學(xué)衰退 336 9.7.2 物理及機(jī)械衰退機(jī)理 338 9.7.3 器件的封裝 338 9.8 有機(jī)太陽(yáng)能電池的制造工藝 339 9.9 有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展 344 本章參考文獻(xiàn) 346 第十章 高效半導(dǎo)體光伏器件概述 348 10.1 太陽(yáng)能電池的效率 348 10.2 太陽(yáng)能電池效率的極限 350 10.2.1 太陽(yáng)能電池效率的熱力學(xué)極限 350 10.2.2 太陽(yáng)能電池效率的細(xì)致平衡原理極限 351 10.3 含有多帶隙吸光結(jié)構(gòu)的電池 355 10.3.1 疊層太陽(yáng)能電池 356 10.3.2 中間帶隙及多帶隙太陽(yáng)能電池 358 10.4 熱載流子太陽(yáng)能電池 362 10.5 碰撞電離太陽(yáng)能電池 367 10.6 總結(jié) 369 本章參考文獻(xiàn) 370