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1.1 太阳能 1

第1章 太阳能和光电转换 1

1.2 太阳能辐射和吸收 3

1.3 太阳能光电的研究和应用历史 4

1.4 太阳电池的研究和开发 7

参考文献 10

第2章 太阳能光电材料及物理基础 12

2.1 半导体材料和太阳能光电材料 12

2.1.1 半导体材料 12

2.1.2 太阳能光电材料 14

2.2 载流子和能带 14

2.2.1 载流子 14

2.2.2 能带结构 15

2.2.3 电子和空穴 19

2.3.1 杂质半导体 20

2.3 杂质和缺陷能级 20

2.3.2 杂质能级 22

2.3.3 深能级 23

2.3.4 缺陷能级 24

2.4 热平衡下的载流子 25

2.4.1 载流子的状态密度和统计分布 26

2.4.2 本征半导体的载流子浓度 29

2.4.3 杂质半导体的载流子浓度和补偿 30

2.5 非平衡少数载流子 32

2.5.1 非平衡载流子的产生、复合和寿命 33

2.5.2 非平衡载流子的扩散 35

2.5.3 非平衡载流子在电场下的漂移和扩散 36

2.6 p-n结 38

2.6.1 p-n结的制备 39

2.6.2 p-n结的能带结构 41

2.6.3 p-n结的电流电压特性 43

2.7 金属－半导体接触和MIS结构 45

2.7.1 金属－半导体接触 45

2.7.2 欧姆接触 47

2.7.3 MIS结构 48

2.8 太阳能光电转换原理——光生伏特效应 49

2.8.1 半导体材料的光吸收 49

2.8.2 光生伏特 51

参考文献 53

第3章 太阳电池的结构和制备 54

3.1 太阳电池的结构和光电转换效率 54

3.2 晶体硅太阳电池的基本工艺 57

3.2.1 绒面结构 57

3.2.2 p-n结制备 59

3.2.3 铝背场 60

3.2.4 金属电极 61

3.2.5 减反射层 61

3.3 薄膜太阳电池 63

3.3.1 砷化镓薄膜太阳电池 63

3.3.2 非晶硅薄膜太阳电池 65

3.3.3 多晶硅薄膜太阳电池 68

3.3.4 CdTe薄膜太阳电池 69

3.3.5 CuInSe2薄膜太阳电池 71

参考文献 73

第4章 单晶硅材料 75

4.1 硅的基本性质 75

4.2 太阳电池用硅材料 78

4.3 高纯多晶硅的制备 80

4.3.2 硅烷热分解法 81

4.3.1 三氯氢硅氢还原法 81

4.3.3 四氯化硅氢还原法 82

4.4 太阳能级多晶硅的制备 82

4.5 区熔单晶硅 85

4.6 直拉单晶硅 87

4.6.1 直拉单晶硅的生长原理和工艺 87

4.6.2 新型直拉晶体硅的生长技术 90

4.6.3 直拉单晶硅的掺杂 94

4.7 硅晶片加工 98

4.7.1 切断 99

4.7.2 滚圆 99

4.7.3 切片 99

4.7.4 化学腐蚀 102

参考文献 102

第5章 直拉单晶硅中的杂质和位错 104

5.1 直拉单晶硅中的氧 105

5.1.1 氧的基本性质 105

5.1.2 氧热施主 108

5.1.3 氧沉淀 110

5.1.4 硼氧复合体 116

5.2 直拉单晶硅中的碳 120

5.2.1 碳的基本性质 121

5.2.2 碳和氧沉淀 122

5.3 直拉单晶硅中的金属杂质 124

5.3.1 金属杂质的基本性质 125

5.3.2 金属复合体和沉淀 130

5.3.3 金属杂质的控制 131

5.4 直拉单晶硅中的位错 133

5.4.1 位错的基本性质 133

5.4.2 晶体硅中的位错结构 137

5.4.3 晶体硅中位错的腐蚀和表征 138

5.4.4 晶体硅中位错对太阳电池的影响 140

参考文献 141

第6章 铸造多晶硅 143

6.1 概述 143

6.2 铸造多晶硅的制备工艺 145

6.3 铸造多晶硅的晶体生长 149

6.3.1 铸造多晶硅的原材料 149

6.3.2 坩埚 149

6.3.3 晶体生长工艺 149

6.3.4 晶体生长的影响因素 151

6.3.5 晶体掺杂 154

参考文献 155

7.1.1 原生铸造多晶硅中的氧杂质 156

第7章 铸造多晶硅中的杂质和缺陷 156

7.1 铸造多晶硅中的氧 156

7.1.2 原生铸造多晶硅中的氧施主和氧沉淀 158

7.1.3 铸造多晶硅中氧的热处理性质 160

7.2 铸造多晶硅中的碳 163

7.2.1 原生铸造多晶硅中的碳杂质 163

7.2.2 铸造多晶硅中碳的热处理性质 164

7.3 铸造多晶硅中的氮 167

7.3.1 铸造多晶硅中的氮杂质 167

7.3.2 铸造多晶硅中的氮氧复合体 170

7.3.3 铸造多晶硅中的氮对氧沉淀、氧施主的作用 171

7.4 铸造多晶硅中的氢 172

7.4.1 铸造多晶硅中的氢杂质 172

7.4.2 铸造多晶硅中氢的钝化作用 174

7.5.1 铸造多晶硅中的金属杂质 175

7.5 铸造多晶硅中的金属杂质和吸杂 175

7.5.2 铸造多晶硅中的金属沉淀 176

7.5.3 铸造多晶硅的吸杂 177

7.6 铸造多晶硅中的晶界 182

7.6.1 铸造多晶硅的晶界 182

7.6.2 铸造多晶硅晶界上的金属沉淀 185

7.6.3 铸造多晶硅晶界的氢钝化 187

7.7 铸造多晶硅中的位错 188

7.7.1 铸造多晶硅的位错 188

7.7.2 铸造多晶硅的位错对电学性能的影响 190

参考文献 191

第8章 带硅材料 192

8.1 带硅材料的制备 192

8.1.1 边缘限制薄膜带硅生长技术 193

8.1.2 线牵引带硅生长技术 194

8.1.3 枝网带硅工艺 195

8.1.4 衬底上的带硅生长技术 196

8.1.5 工艺粉末带硅生长技术 198

8.2 带硅生长的基本问题 199

8.2.1 边缘稳定性 199

8.2.2 应力控制 199

8.2.3 产率 199

8.3 带硅材料的缺陷和杂质 201

8.3.1 带硅材料的晶界 201

8.3.2 带硅材料的位错 201

8.3.3 带硅材料的杂质 202

8.4 带硅材料的氢钝化和吸杂 203

8.4.1 带硅材料的氢钝化 203

8.4.2 带硅材料的吸杂 204

参考文献 205

第9章 非晶硅薄膜 206

9.1 非晶硅薄膜的基本性质 208

9.1.1 非晶硅的原子结构特征 208

9.1.2 非晶硅的能带结构 208

9.1.3 非晶硅的基本特性 211

9.2 等离子体化学气相沉积制备非晶硅薄膜 212

9.2.1 辉光放电的基本原理 213

9.2.2 等离子增强化学气相沉积制备非晶硅薄膜 214

9.2.3 非晶硅薄膜的生长 215

9.2.4 非晶硅薄膜的生长机理 217

9.3 非晶硅薄膜的掺杂 220

9.3.1 非晶硅的掺杂 220

9.3.2 非晶硅薄膜中的杂质 221

9.4.1 硅氢键 223

9.4 非晶硅薄膜中的氢 223

9.4.2 非晶硅中氢的态密度 224

9.5 非晶硅薄膜中的光致衰减 226

9.5.1 非晶硅薄膜的光致衰减效应 226

9.5.2 非晶硅薄膜光致衰减效应的影响因素 228

9.5.3 非晶硅薄膜光致衰减效应的减少和消除 229

9.6 非晶硅合金薄膜 231

9.6.1 非晶硅碳合金薄膜 232

9.6.2 非晶硅锗合金薄膜 233

参考文献 234

第10章 多晶硅薄膜 235

10.1 多晶硅薄膜的基本性质 236

10.1.1 多晶硅薄膜的特点 236

10.1.2 多晶硅薄膜的制备技术 237

10.1.3 多晶硅薄膜的晶界和缺陷 239

10.1.4 多晶硅薄膜的杂质 241

10.2 化学气相沉积制备多晶硅薄膜 242

10.2.1 等离子增强化学气相沉积制备多晶硅薄膜 242

10.2.2 低压化学气相沉积制备多晶硅薄膜 245

10.2.3 热丝化学气相沉积制备多晶硅薄膜 246

10.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜 249

10.3.1 固化晶化制备多晶硅薄膜 250

10.3.2 金属诱导固化晶化制备多晶硅薄膜 251

10.3.3 快速热处理晶化制备多晶硅薄膜 253

10.3.4 激光晶化制备多晶硅薄膜 257

参考文献 258

第11章 GaAs半导体材料 259

11.1 GaAs材料的性质和太阳电池 259

11.1.1 GaAs的基本性质 259

11.1.2 GaAs太阳电池 262

11.2 GaAs体单晶材料 264

11.2.1 布里奇曼法制备GaAs单晶 265

11.2.2 液封直拉法制备GaAs单晶 266

11.3 GaAs薄膜单晶材料 267

11.3.1 液相外延制备GaAs薄膜单晶 268

11.3.2 金属－有机化学气相沉积外延制备GaAs薄膜单晶 269

11.3.3 Si、Ge衬底上外延制备GaAs薄膜材料 272

11.4 GaAs晶体中的杂质 274

11.4.1 GaAs单晶掺杂 274

11.4.2 GaAs单晶中的杂质 276

11.5 GaAs晶体中的缺陷 278

11.5.1 GaAs单晶中的点缺陷 278

11.5.2 GaAs单晶中的位错 279

11.5.3 GaAs单晶中缺陷的氢钝化 279

参考文献 280

第12章 CdTe和CdS薄膜材料 282

12.1.1 CdTe薄膜材料的基本性质 283

12.1 CdTe材料和太阳电池 283

12.1.2 CdTe薄膜太阳电池 284

12.2 CdTe薄膜材料的制备 285

12.2.1 近空间升华法 285

12.2.2 电化学沉积法 289

12.2.3 制备CdTe薄膜的其他技术 292

12.2.4 CdTe薄膜材料的热处理 293

12.3 CdS薄膜材料 294

12.3.1 CdS薄膜材料的基本性质 294

12.3.2 CdS薄膜材料的制备 295

12.3.3 CdS薄膜材料的热处理 299

12.3.4 CdS薄膜材料的缺陷 300

参考文献 301

13.1.1 CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料的基本性质 303

第13章 CuInSe2（CuInS2）薄膜材料 303

13.1 CuInSc2（CuInxGa1-xSe2）材料和太阳电池 303

1 3.1.2 CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）薄膜太阳电池 305

13.2 CuInSe2（CuInGaSe2）薄膜材料的制备 306

13.2.1 硒化法制备CuInSe2薄膜材料 306

13.2.2 共蒸发法制备CuInSe2薄膜材料 307

13.2.3 CuInGaSe2薄膜材料的制备 308

13.3 CuInS2材料的性质和太阳电池 311

13.3.1 CuInS2材料的基本性质 311

13.3.2 CuInS2太阳电池 313

13.4 CuInS2薄膜材料的制备 313

13.4.1 硫化法制备CuInS2薄膜材料 314

13.4.2 溅射沉积法制备CuInS2薄膜材料 314

13.4.3 化学水浴法制备CuInS2薄膜材料 315

参考文献 317