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第一章 太阳能和光电转换1

1.1太阳能2

1.2太阳能辐射和吸收5

1.3太阳能光电的研究和应用历史7

1.4太阳能电池的研究和开发10

参考文献15

第二章 太阳能光电材料及物理基础19

2.1半导体材料和太阳能光电材料20

2.1.1半导体材料20

2.1.2太阳能光电材料23

2.2载流子和能带24

2.2.1载流子24

2.2.2能带结构25

2.2.3电子和电洞31

2.3杂质和缺陷能阶33

2.3.1杂质半导体33

2.3.2杂质能阶35

2.3.3深能阶38

2.3.4缺陷能阶39

2.4热平衡下的载流子40

2.4.1载流子的状态密度和统计分布41

2.4.2本质半导体的载流子浓度46

2.4.3杂质半导体的载流子浓度和补偿48

2.5非平衡少数载流子52

2.5.1非平衡载流子的产生、复合和寿命52

2.5.2非平衡载流子的扩散56

2.5.3非平衡载流子在电场下的漂移和扩散58

2.6 p-n接面61

2.6.1 p-n接面的制备62

2.6.2 p-n接面的能带结构65

2.6.3 p-n接面的电流电压特性68

2.7金属—半导体接触和MIS结构71

2.7.1金属—半导体接触71

2.7.2欧姆接触74

2.7.3 MIS结构75

2.8太阳能光电转换原理——光生伏特效应77

2.8.1半导体材料的光吸收77

2.8.2光生伏特79

参考文献82

第三章 太阳能电池的结构和制备83

3.1太阳能电池的结构和光电转换效率85

3.2晶体硅太阳能电池的基本技术89

3.2.1绒面结构90

3.2.2 p-n接面制备94

3.2.3铝背板95

3.2.4金属电极96

3.2.5减反射层97

3.3薄膜太阳能电池99

3.3.1砷化镓薄膜太阳能电池100

3.3.2非晶硅薄膜太阳能电池103

3.3.3多晶硅薄膜太阳能电池107

3.3.4 CdTe薄膜太阳能电池109

3.3.5 CulnSe2薄膜太阳能电池112

参考文献115

第四章 单晶硅材料117

4.1硅的基本性质119

4.2太阳能电池用硅材料123

4.3高纯多晶硅的制备125

4.3.1三氯硅烷氢还原法126

4.3.2硅烷热分解法127

4.3.3四氯化硅氢还原法128

4.4太阳能阶多晶硅的制备129

4.5区熔单晶硅132

4.6直拉单晶硅135

4.6.1直拉单晶硅的生长原理和技术135

4.6.2新型直拉晶体硅的生长技术140

4.6.3直拉单晶硅的掺杂146

4.7硅晶片加工153

4.7.1切断153

4.7.2滚圆154

4.7.3切片155

4.7.4化学蚀刻158

参考文献159

第五章 直拉单晶硅中的杂质和差排161

5.1直拉单晶硅中的氧163

5.1.1氧的基本性质163

5.1.2氧热施体169

5.1.3氧沉淀172

5.1.4硼氧复合体182

5.2直拉单晶硅中的碳189

5.2.1碳的基本性质190

5.2.2碳和氧沉淀192

5.3直拉单晶硅中的金属杂质195

5.3.1金属杂质的基本性质196

5.3.2金属复合体和沉淀204

5.3.3金属杂质的控制206

5.4直拉单晶硅中的差排208

5.4.1差排的基本性质209

5.4.2晶体硅中的差排结构215

5.4.3晶体硅中差排的蚀刻和表征216

5.4.4晶体硅中差排对太阳能电池的影响220

参考文献221

第六章 铸造多晶硅223

6.1概述224

6.2铸造多晶硅的制备技术226

6.3铸造多晶硅的晶体生长232

6.3.1铸造多晶硅的原材料232

6.3.2坩埚233

6.3.3晶体生长技术233

6.3.4晶体生长的影响因素236

6.3.5晶体掺杂239

参考文献240

第七章 铸造多晶硅中的杂质和缺陷243

7.1铸造多晶硅中的氧244

7.1.1原生铸造多晶硅中的氧杂质244

7.1.2原生铸造多晶硅中的氧施体和氧沉淀247

7.1.3铸造多晶硅中氧的热处理性质250

7.2铸造多晶硅中的碳255

7.2.1原生铸造多晶硅中的碳杂质255

7.2.2铸造多晶硅中碳的热处理性质256

7.3铸造多晶硅中的氮261

7.3.1铸造多晶硅中的氮杂质266

7.3.2铸造多晶硅中的氮氧复合体图269

7.3.3铸造多晶硅中的氮对氧沉淀、氧施体的作用269

7.4铸造多晶硅中的氢269

7.4.1铸造多晶硅中的氢杂质269

7.4.2铸造多晶硅中氢的钝化作用272

7.5铸造多晶硅中的金属杂质和吸杂273

7.5.1 铸造多晶硅中的金属杂质273

7.5.2 铸造多晶硅中的金属沉淀276

7.5.3铸造多晶硅的吸杂277

7.6铸造多晶硅中的晶界284

7.6.1铸造多晶硅的晶界284

7.6.2铸造多晶硅晶界上的金属沉淀288

7.6.3铸造多晶硅晶界的氢钝化291

7.7铸造多晶硅中的差排293

7.7.1铸造多晶硅的差排293

7.7.2铸造多晶硅的差排对电学性能的影响295

参考文献297

第八章 带硅材料299

8.1带硅材料的制备301

8.1.1边缘限制薄膜带硅生长技术301

8.1.2线牵引带硅生长技术304

8.1.3枝网带硅技术305

8.1.4基板上的带硅生长技术306

8.1.5技术粉末带硅生长技术308

8.2带硅生长的基本问题309

8.2.1边缘稳定性310

8.2.2应力控制310

8.2.3产率311

8.3带硅材料的缺陷和杂质313

8.3.1带硅材料的晶界313

8.3.2带硅材料的差排313

8.3.3带硅材料的杂质315

8.4带硅材料的氢钝化和吸杂316

8.4.1带硅材料的氢钝化316

8.4.2带硅材料的吸杂318

参考文献319

第九章 非晶硅薄膜321

9.1非晶硅薄膜的基本性质325

9.1.1非晶硅的原子结构特征325

9.1.2非晶硅的能带结构326

9.1.3非晶硅的基本特性330

9.2电浆化学气相沉积制备非晶硅薄膜331

9.2.1辉光放电的基本原理332

9.2.2电浆辅助化学气相沉积制备非晶硅薄膜334

9.2.3非晶硅薄膜的生长336

9.2.4非晶硅薄膜的生长机制338

9.3非晶硅薄膜的掺杂343

9.3.1非晶硅的掺杂343

9.3.2非晶硅薄膜中的杂质345

9.4非晶硅薄膜中的氢347

9.4.1硅氢键348

9.4.2非晶硅中氢的态密度349

9.5非晶硅薄膜中的光致衰减351

9.5.1非晶硅薄膜的光致衰减效应352

9.5.2非晶硅薄膜光致衰减效应的影响因素354

9.5.3非晶硅薄膜光致衰减效应的减少和消除356

9.6非晶硅合金薄膜359

9.6.1非晶硅碳合金薄膜360

9.6.2非晶硅锗合金薄膜361

参考文献363

第十章 多晶硅薄膜365

10.1多晶硅薄膜的基本性质367

10.1.1多晶硅薄膜的特点367

10.1.2多晶硅薄膜的制备技术368

10.1.3多晶硅薄膜的晶界和缺陷372

10.1.4多晶硅薄膜的杂质375

10.2化学气相沉积制备多晶硅薄膜376

10.2.1电浆辅助化学气相沉积制备多晶硅薄膜376

10.2.2低压化学气相沉积制备多晶硅薄膜380

10.2.3热丝化学气相沉积制备多晶硅薄膜381

10.3非晶硅晶化制备多晶硅薄膜386

10.3.1固化晶化制备多晶硅薄膜387

10.3.2金属诱导固化晶化制备多晶硅薄膜389

10.3.3快速热处理晶化制备多晶硅薄膜392

10.3.4雷射晶化制备多晶硅薄膜397

参考文献398

第十一章 GaAs半导体材料401

11.1 GaAs材料的性质和太阳能电池403

11.1.1 GaAs的基本性质403

11.1.2 GaAs太阳能电池407

11.2 GaAs体单晶材料409

11.2.1布里基曼法制备GaAs单晶410

11.2.2液封直拉法制备GaAs单晶413

11.3 GaAs薄膜单晶材料414

11.3.1液相磊晶制备GaAs薄膜单晶415

11.3.2金属—有机化学气相沉积磊晶制备GaAs薄膜单晶417

11.3.3 Si、Ge基板上磊晶制备GaAs薄膜材料422

11.4 GaAs晶体中的杂质425

11.4.1 GaAs单晶掺杂425

11.4.2 GaAs单晶中的杂质427

11.5 GaAs晶体中的缺陷429

11.5.1 GaAs单晶中的点缺陷430

11.5.2 GaAs单晶中的差排431

11.5.3 GaAs单晶中缺陷的氢钝化432

参考文献434

第十二章 CdTe和CdS薄膜材料437

12.1 CdTe材料和太阳能电池437

12.1.1 CdTe薄膜材料的基本性质439

12.1.2 CdTe薄膜太阳能电池441

12.2 CdTe薄膜材料的制备443

12.2.1近空间升华法443

12.2.2电化学沉积法448

12.2.3制备CdTe薄膜的其他技术453

12.2.4 CdTe薄膜材料的热处理454

12.3 CdS薄膜材料457

12.3.1 CdS薄膜材料的基本性质457

12.3.2 CdS薄膜材料的制备464

12.3.3 CdS薄膜材料的热处理464

12.3.4 CdS薄膜材料的缺陷466

参考文献466

第十三章 CulnSe2（CulnS2）薄膜材料469

13.1 CulnSe2（CulnxGa1-xSe2）材料和太阳能电池471

13.1.1 CulnSe2（CulnxGa1-xSe2）材料的基本性质471

13.1.2 CulnSe2（CulnxGa1-xSe2）薄膜太阳能电池473

13.2 CulnSe2（CulnGaSe2）薄膜材料的制备474

13.2.1硒化法制备CulnSe2薄膜材料475

13.2.2共蒸发法制备CulnSe2薄膜材料476

13.2.3 CulnGaSe2薄膜材料的制备478

13.3 CulnS2材料的性质和太阳能电池481

13.3.1 CulnS2材料的基本性质482

13.3.2 CulnS2太阳能电池484

13.4 CulnS2薄膜材料的制备485

13.4.1硫化法制备CulnS2薄膜材料486

13.4.2溅镀沉积法制备CulnS2薄膜材料487

13.4.3化学水浴法制备CulnS2薄膜材料487

参考文献490