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1半导体材料1

1.1绝缘体，半导体，导体1

1.2半导体材料的晶体性质2

1.2.1半导体材料的晶格结构3

1.2.2常见太阳能电池材料的晶格结构5

1.3半导体能带6

1.3.1原子能级6

1.3.2能带的形成8

1.3.3波粒二象性10

1.3.4薛定谔方程11

1.3.5半导体中电子的能量与动量之间的关系13

1.3.6直接带隙和间接带隙半导体15

1.4半导体材料的掺杂16

1.4.1本征半导体16

1.4.2掺杂半导体17

1.4.3杂质能级的计算19

1.5载流子分布21

1.5.1费米分布21

1.5.2玻耳兹曼分布24

1.6载流子浓度25

1.7载流子的产生与复合30

1.7.1载流子的产生30

1.7.2载流子的复合34

1.8载流子输运39

1.8.1载流子连续性方程39

1.8.2载流子的扩散和漂移40

参考文献41

2半导体接触43

2.1半导体pn结43

2.1.1 pn结的形成43

2.1.2 pn结中的空间电荷区43

2.1.3 pn结的能带44

2.1.4 pn结的电流电压特性48

2.1.5 pn结击穿55

2.2半导体异质结58

2.2.1异型异质结59

2.2.2同型异质结60

2.3金属半导体接触61

2.3.1金属半导体接触势垒61

2.3.2半导体表面态63

2.3.3金属半导体接触的电流输运理论64

2.3.4整流接触与欧姆接触66

2.4其他半导体接触68

2.4.1 n+p+隧穿结68

2.4.2有机半导体材料异质结68

2.5太阳能电池的分类69

参考文献71

3太阳能电池基本原理72

3.1太阳光谱与太阳辐射73

3.2光照下的pn结76

3.2.1光照下pn结的电流电压特性78

3.2.2光照下pn结的量子效率谱81

3.2.3 pn结各参数对量子效率的影响82

3.3表征太阳能电池的主要参数86

3.4太阳能电池的效率极限89

3.4.1太阳能电池极限效率的计算89

3.4.2太阳能光谱对太阳能电池极限效率的影响90

3.4.3半导体带隙与太阳能电池极限效率91

3.5太阳能电池的其他结构92

3.5.1异质结太阳能电池92

3.5.2 p-i-n结太阳能电池93

3.6太阳能电池组件和系统94

3.7太阳能电池原理小结95

参考文献97

4晶体硅太阳能电池98

4.1晶体硅太阳能电池的基本结构98

4.2晶体硅材料的性质100

4.3晶体硅太阳能电池设计101

4.3.1太阳能电池中半导体材料的掺杂101

4.3.2太阳能电池中基区与发射区的厚度104

4.3.3太阳能电池表面108

4.3.4电极109

4.3.5光吸收114

4.4晶体硅太阳能电池的制造118

4.4.1晶体硅的制备118

4.4.2结的形成122

4.4.3前表面钝化与减反射层沉积124

4.4.4表面接触的制作124

4.5多晶硅太阳能电池127

4.6其他结构晶体硅太阳能电池130

4.6.1背面点接触太阳能电池130

4.6.2 HIT太阳能电池131

参考文献132

5硅薄膜太阳能电池134

5.1引言134

5.2材料的性质和制备137

5.2.1 非晶硅薄膜材料的性质与制备137

5.2.2微晶硅薄膜材料的性质和制备140

5.2.3多晶硅薄膜材料的性质和制备143

5.3器件设计152

5.3.1非晶硅及微晶硅太阳能电池结构152

5.3.2多晶硅薄膜太阳能电池结构设计158

参考文献161

6碲化镉光伏电池163

6.1啼化镉电池介绍163

6.2啼化镉电池发展历史164

6.3蹄化镉的物理化学性质166

6.4啼化镉薄膜沉积172

6.4.1 Cd和Te2蒸气在表面的冷凝/反应173

6.4.2 Cd和Te离子在表面的电化反应175

6.4.3前驱物表面反应175

6.5蹄化镉薄膜电池结构176

6.5.1窗口层176

6.5.2 CdTe吸收层和CdCl2处理177

6.5.3 CdS/CdTe互扩散181

6.5.4背接触184

6.5.5蹄化镉电池的表征与分析186

6.6啼化镉组件191

6.7啼化镉薄膜电池展望193

参考文献196

7铜铟镓硒光伏电池202

7.1铜铟镓硒光伏电池基本情况介绍202

7.2铜铟镓硒的材料性质205

7.2.1结构与成分206

7.2.2光学性质和电子结构208

7.2.3电学性质209

7.2.4表面和晶界211

7.2.5衬底效果213

7.3铜铟镓硒的沉积方法213

7.3.1衬底和钠加入214

7.3.2背接触215

7.3.3共蒸发Cu（InGa）Se2215

7.3.4预制层反应工艺218

7.3.5其他沉积方法220

7.4铜铟镓硒电池器件制备220

7.4.1化学水浴沉积（CBD）220

7.4.2界面效应222

7.4.3其他沉积方法223

7.4.4其他缓冲层223

7.4.5透明导电层225

7.4.6高阻窗口层226

7.4.7器件完成227

7.5铜铟镓硒电池的性能评价227

7.5.1光生电流228

7.5.2复合230

7.5.3 Cu（InGa）Se2/CdS界面234

7.5.4宽带隙和渐变带隙器件235

7.6铜铟镓硒电池的量产问题238

7.6.1工艺和设备238

7.6.2组件制造240

7.6.3组件行为和稳定性241

7.6.4生产成本243

7.6.5环境问题244

7.7铜铟镓硒电池技术展望245

参考文献246

8有机光伏电池256

8.1有机和高分子光伏效应的原理256

8.1.1有机材料的光电响应过程256

8.1.2有机/高分子材料的光伏过程259

8.2有机和高分子光伏电池的演化和类型263

8.2.1有机单层光伏电池（肖特基电池）263

8.2.2双层施主/受主异有机质结光伏电池（唐氏电池）264

8.2.3体异质结有机光伏电池266

8.2.4 N型纳米颗粒/纳米棒与p型高分子复合型光伏电池268

8.2.5双连续有序纳米结构有机光伏电池（BONS）269

8.2.6串联结构的有机光伏电池269

8.2.7“理想”高效有机光伏电池272

8.3有机和高分子光伏电池的制备和表征272

8.3.1有机和高分子光伏电池的制备和稳定性272

8.3.2 OPV产业的现状和挑战274

8.3.3小结和展望275

参考文献275

9染料敏化太阳能电池278

9.1染料敏化太阳能电池基本原理278

9.1.1染料敏化太阳能电池背景介绍278

9.1.2染料敏化太阳能电池工作机理279

9.2染料敏化太阳能电池的结构与材料282

9.2.1 TCO电极282

9.2.2金属氧化物半导体283

9.2.3染料（光敏剂）286

9.2.4氧化还原电解质290

9.2.5对电极292

9.2.6封装材料292

9.3染料敏化太阳能电池的发展与应用292

9.3.1染料敏化太阳能电池的稳定性293

9.3.2染料敏化太阳能电池的商业使用294

9.3.3染料敏化太阳能电池组件的工业生产295

9.3.4纤维状染料敏化太阳能电池295

参考文献297

10高效新概念太阳能电池301

10.1太阳能电池效率分析301

10.2叠层太阳能电池303

10.3中间带太阳能电池307

10.4上转换器和下转换器311

10.5热载流子太阳能电池312

10.5.1热载流子能量分析312

10.5.2热载流子太阳能电池结构317

10.6碰撞电离太阳能电池318

10.7热光伏太阳能电池和热光子转换器321

参考文献322

11光伏组件在发电系统中的应用323

11.1光伏组件自身成本及其对BOS的影响324

11.2光伏组件对系统发电量的影响326

11.2.1光伏组件结构对系统发电量的影响326

11.2.2系统中光伏组件的一致性对系统发电量的影响328

11.2.3光伏组件类型对系统发电量的影响329

11.3光伏组件的安全性333

11.4光伏组件能量回收期334

11.5光伏组件的回收334

11.6光伏发电系统的经济性335