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总论 1

0.1 光伏产业 1

0.2 薄膜太阳能电池的产业化 2

0.3 薄膜 6

0.3.1 薄膜的定义 6

0.3.2 薄膜吸收层材料 6

0.4 薄膜太阳能电池的分类 8

0.4.1 晶体硅薄膜太阳能电池 8

0.4.2 非晶硅薄膜太阳能电池 9

0.4.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池 9

0.4.4 有机太阳能电池 10

0.5 薄膜太阳能电池组件 12

参考文献 12

第1章 外延晶体硅薄膜太阳能电池 14

1.1 概论 14

1.2 沉积技术 16

1.2.1 热辅助化学气相沉积 17

1.2.2 液相外延和电镀 18

1.2.3 近空间气相输运 19

1.2.4 离子辅助沉积 20

1.2.5 等离子体增强化学气相沉积和电子回旋共振化学气相沉积 21

1.3 增加外延层的光吸收 22

1.3.1 绒面衬底上的外延生长 22

1.3.2 硅锗合金 23

1.3.3 量子点太阳能电池 26

1.3.4 掩埋背反射镜 27

1.3.4.1 多孔硅中间层 27

1.3.4.2 外延横向过度生长 29

1.4 实验室和产业化成果 30

1.4.1 实验室成果 30

1.4.2 产业化成果 31

1.4.3 新颖结构 32

1.5 高生产速率沉积 33

1.5.1 适合大规模生产的化学气相沉积 33

1.5.1.1 连续化学气相沉积 33

1.5.1.2 对流辅助化学气相沉积 35

1.5.1.3 分批式外延反应腔 36

1.5.2 适合大规模生产的液相外延 37

1.5.2.1 温度差法 37

1.5.2.2 分批式液相外延 38

1.6 小结 39

参考文献 39

第2章 异质衬底晶体硅薄膜太阳能电池 46

2.1 概论 46

2.2 异质衬底和中间层 48

2.2.1 异质衬底 48

2.2.1.1 材料要求 48

2.2.1.2 低成本异质衬底 49

2.2.2 中间层 50

2.2.2.1 陷光结构 51

2.2.2.2 杂质扩散 52

2.3 区熔再结晶 53

2.3.1 区熔再结晶的发展 54

2.3.2 区熔再结晶的机理 56

2.3.3 区熔再结晶籽晶层 58

2.3.3.1 晶粒尺寸增大 58

2.3.3.2 籽晶层的位错密度 59

2.3.3.3 高扫描速度区熔再结晶 60

2.3.4 区熔再结晶设备 63

2.3.4.1 设备配置 63

2.3.4.2 工艺控制 64

2.3.5 陶瓷衬底上的区熔再结晶 65

2.4 硅沉积 67

2.4.1 硅沉积工艺的要求 68

2.4.2 常压化学气相沉积的特性 68

2.4.2.1 生长速率 69

2.4.2.2 化学产率 69

2.4.3 设备工艺的开发 70

2.4.3.1 反应腔的开发 70

2.4.3.2 工艺的开发 72

2.4.4 在陶瓷衬底上的硅沉积 73

2.5 异质衬底晶体硅薄膜太阳能电池 74

2.5.1 太阳能电池工艺 75

2.5.2 模型衬底晶体硅薄膜太阳能电池 77

2.5.2.1 区熔再结晶扫描速度和远距离等离子体氢钝化 77

2.5.2.2 通路孔蚀刻薄膜分离和激光烧结背通路 79

2.5.3 陶瓷衬底晶体硅薄膜太阳能电池 80

2.5.3.1 富铝红柱石陶瓷衬底 81

2.5.3.2 氮化硅陶瓷衬底 82

2.5.3.3 渗硅碳化硅陶瓷衬底 83

2.6 小结 84

参考文献 85

第3章 多晶硅薄膜太阳能电池 94

3.1 概论 94

3.1.1 多晶硅薄膜的定义 94

3.1.2 发展潜力 94

3.2 定量分析 95

3.2.1 陷光作用 95

3.2.2 扩散长度 95

3.2.3 数值模拟 96

3.3 衬底的选择 97

3.4 多晶硅薄膜的生长 99

3.4.1 晶粒增大技术 99

3.4.1.1 成核控制方法 99

3.4.1.2 籽晶层方法 99

3.4.2 多晶硅薄膜生长的技术 102

3.4.2.1 化学气相沉积 102

3.4.2.2 等离子体增强化学气相沉积 104

3.4.2.3 离子辅助沉积 105

3.4.2.4 液相外延 105

3.4.2.5 固相晶化 105

3.4.3 多晶硅薄膜的特性 107

3.5 电池和组件的工艺 109

3.5.1 电池结构 109

3.5.2 p-n结制备 111

3.5.3 氢钝化 112

3.5.4 集成互联 112

3.6 多晶硅薄膜太阳能电池的研究成果 113

3.6.1 HIT电池 113

3.6.2 STAR电池 113

3.6.3 CSG电池 114

3.6.4 其他研究成果 114

3.7 小结 115

参考文献 116

第4章 微晶硅薄膜太阳能电池 125

4.1 概论 125

4.2 微晶硅 126

4.2.1 微晶硅沉积技术 126

4.2.1.1 微晶硅的发展 126

4.2.1.2 甚高频辉光放电 127

4.2.1.3 其他沉积技术 128

4.2.2 微晶硅层 128

4.2.2.1 未掺杂微晶硅层 129

4.2.2.2 微结构 129

4.2.2.3 成核和生长 131

4.2.2.4 光学特性 133

4.2.2.5 电子输运特性 135

4.2.3 掺杂微晶硅层 137

4.3 微晶硅薄膜太阳能电池 137

4.3.1 光学优化 138

4.3.1.1 衬底 138

4.3.1.2 透明导电氧化物 139

4.3.2 单结微晶硅薄膜太阳能电池 141

4.3.3 非微晶叠层电池 145

4.4 小结 147

参考文献 148

第5章 非晶硅薄膜太阳能电池 156

5.1 概论 156

5.2 非晶硅薄膜太阳能电池的发展 157

5.2.1 20世纪70年代 157

5.2.2 20世纪80年代 157

5.2.3 20世纪90年代 157

5.2.4 2000年以后 158

5.2.5 目前研究开发的重点方向 158

5.3 非晶硅 159

5.3.1 原子结构 159

5.3.1.1 电子自旋共振 160

5.3.1.2 非晶硅中的氢 160

5.3.2 状态密度 161

5.3.3 尾态和缺陷态的理论模型 161

5.3.4 光学特性 163

5.3.5 电学特性 164

5.3.5.1 暗电导率 164

5.3.5.2 暗电导率激活能 165

5.3.5.3 光电导率 165

5.3.5.4 极扩散长度 166

5.3.6 测定状态密度 167

5.3.6.1 光电方法 167

5.3.6.2 热偏折光谱 167

5.3.6.3 稳恒光生电流法 167

5.3.6.4 双光束光电导率 168

5.3.6.5 傅里叶变换光生电流光谱 168

5.3.6.6 吸收系数确定缺陷密度 168

5.3.6.7 空间电荷方法 169

5.3.6.8 深能级瞬态谱 169

5.3.7 光致衰减效应 170

5.3.8 原生结晶硅和多形硅 171

5.3.9 非晶硅的掺杂 173

5.3.10 非晶硅合金 174

5.4 非晶硅的沉积 175

5.4.1 射频等离子体增强化学气相沉积 176

5.4.2 直接等离子体增强化学气相沉积 178

5.4.2.1 高气压高功率射频等离子体增强化学气相沉积 178

5.4.2.2 甚高频等离子体增强化学气相沉积 178

5.4.3 膨胀热等离子体化学气相沉积 179

5.4.4 热丝化学气相沉积 180

5.5 非晶硅薄膜太阳能电池 181

5.5.1 非晶硅薄膜太阳能电池的结构设计 181

5.5.2 上层配置和衬底配置 183

5.5.3 高转换效率技术 184

5.5.4 透明导电氧化物 185

5.5.5 S-W效应 187

5.5.6 多结非晶硅薄膜太阳能电池 188

5.5.6.1 电流匹配 188

5.5.6.2 隧道复合结 188

5.5.6.3 光谱分裂 189

5.5.6.4 叠层电池 189

5.5.6.5 三结电池 190

5.5.6.6 高转换效率电池的外部参数 191

5.5.6.7 计算机建模 191

5.6 非晶硅薄膜太阳能电池组件 191

5.6.1 能量产率 193

5.6.2 商业化组件 194

5.6.3 等离子体增强化学气相沉积 194

5.6.4 透明导电氧化物沉积 195

5.6.5 单片集成 196

5.6.6 分流修复 196

5.6.7 层压封装 196

5.6.8 卷对卷工艺 196

5.7 应用 198

5.8 远景 199

参考文献 199

第6章 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 207

6.1 概论 207

6.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的优势 208

6.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的工艺 209

6.3.1 吸收层 210

6.3.1.1 多源蒸发 210

6.3.1.2 流程工艺 211

6.3.1.3 钠掺杂 212

6.3.2 接触电极 213

6.3.2.1 背接触 213

6.3.2.2 缓冲层 213

6.3.2.3 窗口层 213

6.3.2.4 单片集成 214

6.4 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性 215

6.4.1 能带结构 216

6.4.2 载流子浓度和输运 218

6.4.3 损失机理 219

6.5 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的商业化 221

6.5.1 成本分析 224

6.5.2 组件性能 224

6.5.3 可持续性 225

6.5.3.1 原材料的供应和循环利用 225

6.5.3.2 能源回收期 226

6.6 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的继续研发 226

6.6.1 柔性太阳能电池 226

6.6.2 无镉缓冲层 226

6.6.2.1 湿化学工艺 227

6.6.2.2 干工艺 227

6.6.3 无铟吸收层 228

6.6.4 新颖的背接触 228

6.6.5 双面配置和上层配置 228

6.6.6 非真空工艺 229

6.6.7 宽带隙电池和叠层电池 229

参考文献 230

第7章 碲化镉薄膜太阳能电池 241

7.1 概论 241

7.2 碲化镉 242

7.2.1 碲化镉的光学特性 242

7.2.2 碲化镉的电学特性 244

7.2.3 硫化镉缓冲层材料 247

7.2.4 窗口层材料 249

7.3 碲化镉薄膜太阳能电池的研究方向 250

7.3.1 碲化镉的激活处理 250

7.3.2 背接触结构 251

7.3.3 环境保护 254

7.3.4 其他研究方向 255

7.3.4.1 纯净度 255

7.3.4.2 电池厚度 255

7.3.4.3 晶界 256

7.3.4.4 高级电池结构 257

7.4 碲化镉薄膜太阳能电池的工艺 258

7.4.1 沉积技术 258

7.4.1.1 近空间升华 258

7.4.1.2 真空技术 258

7.4.1.3 非真空技术 259

7.4.2 集成互联 259

7.4.3 产业化 260

7.5 碲化镉薄膜太阳能电池的物理特性和数值建模 261

7.5.1 物理特性和数值建模的关系 261

7.5.2 物理特性 261

7.5.2.1 物理特性的理论分析 261

7.5.2.2 物理特性的实验检测 266

7.5.3 数值建模 267

7.5.3.1 双二极管模型 267

7.5.3.2 数值模拟 271

7.5.3.3 确定参数设置 271

7.5.3.4 接触势垒 273

7.5.3.5 掺杂分布 274

7.5.3.6 伪二维建模 277

7.6 小结 277

参考文献 278

第8章 有机太阳能电池 289

8.1 概论 289

8.2 载流子光生的机 292

8.2.1 本征光生 292

8.2.2 敏化光生 294

8.2.2.1 实验结果 294

8.2.2.2 蒙特卡罗模拟 297

8.2.3 施主－受主界面的载流子光生 300

8.2.3.1 激基复合物 301

8.2.3.2 量子产率 304

8.2.3.3 双生电子－空穴对 307

8.2.3.4 朗之万理论 309

8.3 激子分离的理论模型 312

8.3.1 昂萨格－布劳恩模型 313

8.3.2 掺杂聚合物的零点振动能模型 314

8.3.3 施主－受主界面的双极层模型 316

8.4 小结 319

参考资料 320

第9章 染料敏化太阳能电池 325

9.1 概论 325

9.2 能带结构和运作机 326

9.3 纳米结构 327

9.3.1 光收获效率 328

9.3.2 陷光作用 329

9.3.3 载流子的分离 329

9.3.4 载流子的收集 331

9.3.5 量子点敏化剂 333

9.4 染料敏化太阳能电池的特性 333

9.4.1 光电转化效率 334

9.4.2 实验室转换效率记录 335

9.4.3 开路电压 336

9.5 配方的改善 336

9.6 固态染料敏化太阳能电池 337

9.7 染料敏化太阳能电池的稳定性 338

9.7.1 稳定性的机理 338

9.7.2 副反应 338

9.7.3 稳定性测试 339

9.7.4 商业化 340

9.8 研发趋势 341

参考文献 342

第10章 体异质结太阳能电池 345

10.1 概论 345

10.2 光诱导电荷转移 346

10.3 体异质结 348

10.3.1 运作机 348

10.3.2 纳米形貌的影响 351

10.3.2.1 体异质结的纳米形貌 351

10.3.2.2 双缆聚合物 352

10.3.3 改善光子收获 353

10.4 载流子的输运和复合 355

10.4.1 瞬态电导率测量技术 355

10.4.2 共轭聚合物中的载流子输运 357

10.4.2.1 RR-MDMO-PPV 358

10.4.2.2 RR-P3HT 361

10.4.3 体异质结太阳能电池中的载流子输运和复合 365

10.4.3.1 线性增加电压光诱导电荷提取 365

10.4.3.2 有源层厚度的影响 370

10.5 小结 373

参考文献 373

第11章 太瓦挑战和平价上网 379

11.1 概论 379

11.2 从太瓦挑战到平价上网 380

11.3 低成本理想 383

11.4 组件的成本分析 383

11.4.1 成本分析方法 384

11.4.2 成本分析结果 387

11.5 原材料问题 406

11.6 技术风险和产业化风险 408

参考文献 409

英汉索引 412

汉英索引 470