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 光伏效應及應用 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 非理想的二極管特性 14 1.5 太陽能電池的應用 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、復合與輸運 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 細致平衡原理 45 2.3.2 太陽能電池的*高效率 46 本章參考文獻 47 第三章 晶體硅太陽能電池 48 3.1 硅制造工藝 48 3.1.1 硅材料 48 3.1.2 太陽能級硅材料 48 3.1.3 單晶硅的制造 49 3.1.4 多晶硅的制造 53 3.1.5 國內太陽能級硅現狀 58 3.2 晶體硅太陽能電池原理及基本結構 58 3.2.1 晶體硅太陽能電池的原理 58 3.2.2 晶體硅太陽能電池的基本結構 59 3.3 晶體硅太陽能電池電特性及限制因素 60 3.3.1 晶體硅太陽能電池的電特性 60 3.3.2 晶體硅太陽能電池效率限制因素 62 3.4 工業生產中的晶體硅太陽能電池結構與制備流程 63 3.4.1 工業晶體硅太陽能電池結構 63 3.4.2 工業化基本制作流程 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 制造多晶硅太陽能電池的一些特殊方法 79 3.6.1 多晶硅太陽能電池的除雜 79 3.6.2 氫鈍化工藝 79 3.6.3 光捕獲工藝 81 3.7 高效晶體硅太陽能電池技術和結構 83 3.7.1 帶狀硅技術 83 3.7.2 高效低阻硅太陽能電池 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 晶體硅太陽能電池展望 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應用 99 4.2.1 空間應用 99 4.2.2 陸地能源應用 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 非晶硅基薄膜太陽能電池 139 5.1 非晶硅基太陽能電池介紹 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展現狀 141 5.2.2 原子結構 142 5.2.3 非晶硅材料的電子態 143 5.2.4 非晶硅的摻雜和電學特性 145 5.2.5 非晶硅合金的帶寬調整 146 5.2.6 非晶硅基薄膜材料的光學性質 147 5.3 非晶硅薄膜的制備技術和非晶硅電池的產業化 151 5.3.1 常見的aSi薄膜制備技術 151 5.3.2 非晶硅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 微晶硅沉積技術 160 5.3.6 硅基薄膜材料的優化 163 5.3.7 非晶硅太陽能電池生產流程及產業化 164 5.4 非晶硅太陽能電池常見結構及其工作原理 166 5.4.1 單結非晶硅薄膜太陽能電池的結構及工作原理 166 5.4.2 多結非晶硅薄膜太陽能電池的結構及工作原理 177 5.5 非晶硅太陽能電池的發展過程和未來展望 182 5.5.1 非晶硅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 復合 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太陽能電池器件的制造 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 窗口層 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 對電極的制備 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 有機太陽能電池的宏觀電學特性 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接層工程 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 有機太陽能電池的制造工藝 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致平衡原理極限 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