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第1章 绪论——高效晶体硅和异质结太阳电池 1

1.1太阳和太阳能 1

1.2太阳电池 2

1.3晶体硅太阳电池的结构 4

1.4晶体硅太阳电池的效率分析 5

1.5高效晶体硅太阳电池介绍 6

1.5.1钝化发射极太阳电池 6

1.5.2氧化铝钝化的太阳电池 10

1.5.3选择性发射极太阳电池 12

1.5.4 MWT太阳电池 18

1.5.5 n型晶体硅太阳电池 20

1.5.6 IBC太阳电池 24

1.6非晶硅/晶体硅异质结太阳电池 28

1.6.1 HIT太阳电池的结构与特点 29

1.6.2获得高效率HIT太阳电池的方法 31

1.6.3 HIT太阳电池的效率进展 32

1.6.4非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的其他单位研发情况 33

1.7本书的安排 36

参考文献 37

第2章 半导体异质结基本知识 44

2.1异质结基本概念 44

2.1.1理想异质结的能带图 44

2.1.2反型异质结的主要公式 46

2.1.3异质结中的界面态 48

2.1.4有界面态的异质结能带图 50

2.2异质结的伏安特性 51

2.2.1尖峰势垒高度的影响因素 52

2.2.2理想突变异质结的伏安特性 53

2.2.3有界面态的异质结的伏安特性 59

2.3异质结的注入特性 62

2.3.1高注入特性 62

2.3.2超注入特性 63

2.4异质结的光电特性 64

2.4.1反型异质结的光伏特性 65

2.4.2反型异质结的光电流和光谱响应 66

2.5晶体硅和非晶硅薄膜的基本物理参数 72

参考文献 74

第3章 与异质结太阳电池相关的表征与测试 75

3.1太阳电池的基本表征参数 75

3.1.1太阳电池等效电路 75

3.1.2太阳电池的基本参数 78

3.1.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的Ⅰ-Ⅴ曲线 81

3.1.4太阳电池的温度系数 81

3.1.5太阳电池的标准测试条件 83

3.2太阳电池的光谱响应和量子效率 84

3.2.1光谱响应 84

3.2.2量子效率 85

3.3少数载流子寿命及其测量 88

3.3.1非平衡少数载流子 88

3.3.2少数载流子寿命 89

3.3.3少数载流子寿命对太阳电池性能的影响 92

3.3.4少数载流子寿命的测量 94

3.4薄膜的表征测试技术介绍 97

3.4.1拉曼光谱 98

3.4.2傅里叶变换红外吸收光谱 101

3.5异质结太阳电池的电容效应及其Ⅰ-Ⅴ检测对策 103

3.5.1 p-n结的电容 103

3.5.2电容效应对太阳电池Ⅰ- Ⅴ测试的影响 105

3.5.3异质结太阳电池的Ⅰ- Ⅴ检测对策 108

参考文献 112

第4章 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池制备 115

4.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的结构 115

4.2非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制作工序 117

4.3硅片的湿化学处理 118

4.3.1去损伤层 120

4.3.2制绒 121

4.3.3表面氧化层的去除和表面调控 124

4.4非晶硅薄膜的沉积 126

4.4.1硅薄膜沉积设备 126

4.4.2本征非晶硅薄膜 129

4.4.3掺杂非晶硅薄膜 141

4.4.4非晶硅薄膜的光吸收 147

4.5 TCO薄膜的沉积 148

4.5.1 TCO薄膜的制备方法和设备 149

4.5.2硅异质结太阳电池对TCO薄膜的要求 153

4.5.3 TCO薄膜在硅异质结太阳电池上的应用 155

4.6电极制作 159

4.6.1电极制作的方法 160

4.6.2丝网印刷在硅异质结太阳电池上的应用 161

4.7非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的薄片化 165

4.7.1硅片减薄对太阳电池的影响 166

4.7.2薄型HIT太阳电池 166

4.8发射极在背面的硅异质结太阳电池 168

4.8.1背发射极硅异质结太阳电池 169

4.8.2背接触硅异质结太阳电池 170

4.9非晶硅/晶体硅异质结太阳电池组件的应用 173

4.9.1 HIT电池组件 173

4.9.2 HIT双面组件 175

4.9.3关于HIT组件的PID 177

参考文献 179

第5章 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的物理问题 189

5.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的能带 189

5.1.1非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的能带图 189

5.1.2非晶硅/晶体硅异质结的带阶 193

5.1.3 TCO薄膜对非晶硅/晶体硅异质结能带的影响 197

5.2非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的钝化机制 198

5.2.1硅异质结太阳电池的开路电压和钝化 198

5.2.2本征非晶硅的钝化 202

5.2.3掺杂非晶硅的钝化 206

5.2.4其他钝化方案 208

5.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的界面 210

5.3.1本征非晶硅/掺杂非晶硅界面 210

5.3.2掺杂非晶硅/TCO薄膜界面 212

5.4非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的电输运特性 216

5.4.1非晶硅/晶体硅异质结电池中的电荷输运基本过程 217

5.4.2电流-电压特性 218

5.5结语 225

参考文献 226

第6章 硅基异质结太阳电池的模拟 233

6.1太阳电池模拟的基本原则 233

6.1.1光学模拟 234

6.1.2电学模拟 234

6.2用于异质结太阳电池模拟的软件简介 237

6.2.1 AFORS-HET软件简介 237

6.2.2 AMPS软件简介 238

6.3非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的模拟研究 239

6.3.1以n型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟 239

6.3.2以p型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟 246

6.4 IBC-SHJ太阳电池的二维模拟 249

6.4.1模拟用IBC-SHJ太阳电池的基本结构 250

6.4.2 IBC-SHJ太阳电池的背面几何尺寸模拟优化 251

6.4.3前表面钝化对IBC-SHJ太阳电池影响的模拟 255

6.4.4背表面钝化和界面缺陷对IBC-SHJ太阳电池影响的模拟 256

6.5新结构硅基异质结太阳电池的模拟研究 260

6.5.1硅基同质-异质结太阳电池的模拟研究 260

6.5.2纳米柱阵列硅异质结太阳电池的模拟 264

6.5.3硅基金属化合物半导体异质结太阳电池的模拟 266

参考文献 271

第7章 新型硅基异质结太阳电池 277

7.1硅量子点/晶体硅异质结太阳电池 277

7.1.1氧化硅基体中的硅量子点/晶体硅异质结电池 279

7.1.2碳化硅基体中的硅量子点/晶体硅异质结电池 282

7.1.3氮化硅基体中的硅量子点及异质结太阳电池 284

7.2 Ⅱ -Ⅵ族半导体/晶体硅异质结太阳电池 285

7.2.1 CdSe/Si异质结太阳电池 285

7.2.2 ZnO/Si异质结太阳电池 287

7.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体/晶体硅异质结太阳电池 291

7.3.1 GaN/Si异质结太阳电池 292

7.3.2 InAs/Si异质结太阳电池 294

7.4碳/晶体硅异质结太阳电池 295

7.4.1非晶碳/硅异质结太阳电池 295

7.4.2 CNT/Si异质结太阳电池 297

7.4.3石墨烯/硅太阳电池 302

7.5新型硅基异质结太阳电池的展望 303

参考文献 304

索引 311