硅基异质结太阳电池物理与器件

硅基异质结太阳电池物理与器件
作者：沈文忠，李正平 编著
出版时间：2014年
内容简介
硅基异质结太阳电池物理与器件在分析当今高效晶体硅太阳电池技术的基础上引出硅基异质结太阳电池，是一本全面反映硅基异质结太阳电池研究和技术进展的著作。硅基异质结太阳电池物理与器件首先简要介绍了半导体异质结基本知识和异质结太阳电池的表征与测试手段，然后系统阐述了非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制造工艺与技术、涉及的基本物理问题和模拟研究情况，最后综述了新型无机物硅基异质结太阳电池的研究进展。
目录
序前言第 1章绪论——高效晶体硅和异质结太阳电池 /t 1
1.1 太阳和太阳能 /t 1

1.2 太阳电池 /t 2

1.3 晶体硅太阳电池的结构 /t 4

1.4 晶体硅太阳电池的效率分析 /t 5

1.5 高效晶体硅太阳电池介绍 /t 6

1.5.1 钝化发射极太阳电池 /t 6

1.5.2 氧化铝钝化的太阳电池 /t10

1.5.3 选择性发射极太阳电池 /t12

1.5.4 MWT太阳电池 /t18

1.5.5 n型晶体硅太阳电池 /t20

1.5.6 IBC太阳电池 /t24

1.6 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池 /t28

1.6.1 HIT太阳电池的结构与特点 /t29

1.6.2 获得高效率 HIT太阳电池的方法 /t31

1.6.3 HIT太阳电池的效率进展 /t32

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 /t33

1.7 本书的安排 /t36
参考文献 /t37
第 2章半导体异质结基本知识 /t44

2.1 异质结基本概念 /t44

2.1.1 理想异质结的能带图 /t44

2.1.2 反型异质结的主要公式 /t46

2.1.3 异质结中的界面态 /t48

2.1.4 有界面态的异质结能带图 /t50

2.2 异质结的伏安特性 /t51

2.2.1 尖峰势垒高度的影响因素 /t52

2.2.2 理想突变异质结的伏安特性 /t53

2.2.3 有界面态的异质结的伏安特性 /t59

2.3 异质结的注入特性 /t62

2.3.1 高注入特性 /t62

2.3.2 超注入特性 /t63

2.4 异质结的光电特性 /t64

2.4.1 反型异质结的光伏特性 /t65

2.4.2 反型异质结的光电流和光谱响应 /t66

2.5 晶体硅和非晶硅薄膜的基本物理参数 /t72
参考文献 /t74
第 3章与异质结太阳电池相关的表征与测试 /t75

3.1 太阳电池的基本表征参数 /t75

3.1.1 太阳电池等效电路 /t75

3.1.2 太阳电池的基本参数 /t78

3.1.3 非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池的 I-V曲线/t81

3.1.4 太阳电池的温度系数 /t81

3.1.5 太阳电池的标准测试条件 /t83

3.2 太阳电池的光谱响应和量子效率 /t84

3.2.1 光谱响应 /t84

3.2.2 量子效率 /t85

3.3 少数载流子寿命及其测量 /t88

3.3.1 非平衡少数载流子 /t88

3.3.2 少数载流子寿命 /t89

3.3.3 少数载流子寿命对太阳电池性能的影响 /t92

3.3.4 少数载流子寿命的测量 /t94

3.4 薄膜的表征测试技术介绍 /t97

3.4.1 拉曼光谱 /t98

3.4.2 傅里叶变换红外吸收光谱 /t101

3.5 异质结太阳电池的电容效应及其 I-V检测对策 /t103

3.5.1 p-n结的电容 /t103

3.5.2 电容效应对太阳电池 I-V测试的影响 /t105

3.5.3 异质结太阳电池的 I-V检测对策 /t108

参考文献 /t 112
第 4章非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池制备 /t 115

4.1 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的结构 /t 115

4.2 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制作工序 /t 117

4.3 硅片的湿化学处理 /t 118

4.3.1 去损伤层 /t120

4.3.2 制绒 /t121

4.3.3 表面氧化层的去除和表面调控 /t124

4.4 非晶硅薄膜的沉积 /t126

4.4.1 硅薄膜沉积设备 /t126

4.4.2 本征非晶硅薄膜 /t129

4.4.3 掺杂非晶硅薄膜 /t141

4.4.4 非晶硅薄膜的光吸收 /t147

4.5 TCO薄膜的沉积 /t148

4.5.1 TCO薄膜的制备方法和设备 /t149

4.5.2 硅异质结太阳电池对 TCO薄膜的要求 /t153

4.5.3 TCO薄膜在硅异质结太阳电池上的应用 /t155

4.6 电极制作 /t159

4.6.1 电极制作的方法 /t160

4.6.2 丝网印刷在硅异质结太阳电池上的应用 /t161

4.7 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的薄片化 /t165

4.7.1 硅片减薄对太阳电池的影响 /t166

4.7.2 薄型 HIT太阳电池 /t166

4.8 发射极在背面的硅异质结太阳电池 /t168

4.8.1 背发射极硅异质结太阳电池 /t169

4.8.2 背接触硅异质结太阳电池 /t170

4.9 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池组件的应用 /t173

4.9.1 HIT电池组件 /t173

4.9.2 HIT双面组件 /t175

4.9.3 关于 HIT组件的 PID/t177
参考文献 /t179
第 5章非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池中的物理问题 /t189

5.1 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的能带 /t189

5.1.1 非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池的能带图 /t189

5.1.2 非晶硅 /晶体硅异质结的带阶 /t193

5.1.3 TCO薄膜对非晶硅 /晶体硅异质结能带的影响 /t197

5.2 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的钝化机制 /t198

5.2.1 硅异质结太阳电池的开路电压和钝化 /t198

5.2.2 本征非晶硅的钝化 /t202

5.2.3 掺杂非晶硅的钝化 /t206

5.2.4 其他钝化方案 /t208

5.3 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的界面 /t210

5.3.1 本征非晶硅 /掺杂非晶硅界面 /t210

5.3.2 掺杂非晶硅 /TCO薄膜界面 /t212

5.4 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池中的电输运特性 /t216

5.4.1 非晶硅 /晶体硅异质结电池中的电荷输运基本过程 /t217

5.4.2 电流-电压特性 /t218

5.5 结语 /t225
参考文献 /t226
第 6章硅基异质结太阳电池的模拟 /t233

6.1 太阳电池模拟的基本原则 /t233

6.1.1 光学模拟 /t234

6.1.2 电学模拟 /t234

6.2 用于异质结太阳电池模拟的软件简介 /t237

6.2.1 AFORS-HET软件简介 /t237

6.2.2 AMPS软件简介 /t238

6.3 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的模拟研究 /t239

6.3.1 以 n型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟 /t239

6.3.2 以 p型单晶硅为衬底的硅异质结太阳电池模拟 /t246

6.4 IBC-SHJ太阳电池的二维模拟 /t249

6.4.1 模拟用 IBC-SHJ太阳电池的基本结构 /t250

6.4.2 IBC-SHJ太阳电池的背面几何尺寸模拟优化 /t251

6.4.3 前表面钝化对 IBC-SHJ太阳电池影响的模拟 /t255

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 /t256

6.5 新结构硅基异质结太阳电池的模拟研究 /t260

6.5.1 硅基同质-异质结太阳电池的模拟研究 /t260

6.5.2 纳米柱阵列硅异质结太阳电池的模拟 /t264

6.5.3 硅基金属化合物半导体异质结太阳电池的模拟 /t266
参考文献 /t271
第 7章新型硅基异质结太阳电池 /t277

7.1 硅量子点/晶体硅异质结太阳电池 /t277

7.1.1 氧化硅基体中的硅量子点 /晶体硅异质结电池 /t279

7.1.2 碳化硅基体中的硅量子点 /晶体硅异质结电池 /t282

7.1.3 氮化硅基体中的硅量子点及异质结太阳电池 /t284

7.2 Ⅱ-Ⅵ族半导体 /晶体硅异质结太阳电池 /t285

7.2.1 CdSe/Si异质结太阳电池 /t285

7.2.2 ZnO/Si异质结太阳电池 /t287

7.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体 /晶体硅异质结太阳电池 /t291

7.3.1 GaN/Si异质结太阳电池 /t292

7.3.2 InAs/Si异质结太阳电池 /t294

7.4 碳/晶体硅异质结太阳电池 /t295

7.4.1 非晶碳 /硅异质结太阳电池 /t295

7.4.2 CNT/Si异质结太阳电池 /t297

7.4.3 石墨烯 /硅太阳电池 /t302

7.5 新型硅基异质结太阳电池的展望 /t303
参考文献 /t304
索引 /t 311