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总论1

0.1 光伏产业1

0.2 薄膜太阳能电池的产业化2

0.3 薄膜6

0.3.1 薄膜的定义6

0.3.2 薄膜吸收层材料6

0.4 薄膜太阳能电池的分类8

0.4.1 晶体硅薄膜太阳能电池8

0.4.2 非晶硅薄膜太阳能电池9

0.4.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池9

0.4.4 有机太阳能电池10

0.5 薄膜太阳能电池组件12

参考文献12

第1章 外延晶体硅薄膜太阳能电池14

1.1 概论14

1.2 沉积技术16

1.2.1 热辅助化学气相沉积17

1.2.2 液相外延和电镀18

1.2.3 近空间气相输运19

1.2.4 离子辅助沉积20

1.2.5 等离子体增强化学气相沉积和电子回旋共振化学气相沉积21

1.3 增加外延层的光吸收22

1.3.1 绒面衬底上的外延生长22

1.3.2 硅锗合金23

1.3.3 量子点太阳能电池26

1.3.4 掩埋背反射镜27

1.3.4.1 多孔硅中间层27

1.3.4.2 外延横向过度生长29

1.4 实验室和产业化成果30

1.4.1 实验室成果30

1.4.2 产业化成果31

1.4.3 新颖结构32

1.5 高生产速率沉积33

1.5.1 适合大规模生产的化学气相沉积33

1.5.1.1 连续化学气相沉积33

1.5.1.2 对流辅助化学气相沉积35

1.5.1.3 分批式外延反应腔36

1.5.2 适合大规模生产的液相外延37

1.5.2.1 温度差法37

1.5.2.2 分批式液相外延38

1.6 小结39

参考文献39

第2章 异质衬底晶体硅薄膜太阳能电池46

2.1 概论46

2.2 异质衬底和中间层48

2.2.1 异质衬底48

2.2.1.1 材料要求48

2.2.1.2 低成本异质衬底49

2.2.2 中间层50

2.2.2.1 陷光结构51

2.2.2.2 杂质扩散52

2.3 区熔再结晶53

2.3.1 区熔再结晶的发展54

2.3.2 区熔再结晶的机理56

2.3.3 区熔再结晶籽晶层58

2.3.3.1 晶粒尺寸增大58

2.3.3.2 籽晶层的位错密度59

2.3.3.3 高扫描速度区熔再结晶60

2.3.4 区熔再结晶设备63

2.3.4.1 设备配置63

2.3.4.2 工艺控制64

2.3.5 陶瓷衬底上的区熔再结晶65

2.4 硅沉积67

2.4.1 硅沉积工艺的要求68

2.4.2 常压化学气相沉积的特性68

2.4.2.1 生长速率69

2.4.2.2 化学产率69

2.4.3 设备工艺的开发70

2.4.3.1 反应腔的开发70

2.4.3.2 工艺的开发72

2.4.4 在陶瓷衬底上的硅沉积73

2.5 异质衬底晶体硅薄膜太阳能电池74

2.5.1 太阳能电池工艺75

2.5.2 模型衬底晶体硅薄膜太阳能电池77

2.5.2.1 区熔再结晶扫描速度和远距离等离子体氢钝化77

2.5.2.2 通路孔蚀刻薄膜分离和激光烧结背通路79

2.5.3 陶瓷衬底晶体硅薄膜太阳能电池80

2.5.3.1 富铝红柱石陶瓷衬底81

2.5.3.2 氮化硅陶瓷衬底82

2.5.3.3 渗硅碳化硅陶瓷衬底83

2.6 小结84

参考文献85

第3章 多晶硅薄膜太阳能电池94

3.1 概论94

3.1.1 多晶硅薄膜的定义94

3.1.2 发展潜力94

3.2 定量分析95

3.2.1 陷光作用95

3.2.2 扩散长度95

3.2.3 数值模拟96

3.3 衬底的选择97

3.4 多晶硅薄膜的生长99

3.4.1 晶粒增大技术99

3.4.1.1 成核控制方法99

3.4.1.2 籽晶层方法99

3.4.2 多晶硅薄膜生长的技术102

3.4.2.1 化学气相沉积102

3.4.2.2 等离子体增强化学气相沉积104

3.4.2.3 离子辅助沉积105

3.4.2.4 液相外延105

3.4.2.5 固相晶化105

3.4.3 多晶硅薄膜的特性107

3.5 电池和组件的工艺109

3.5.1 电池结构109

3.5.2 p-n结制备111

3.5.3 氢钝化112

3.5.4 集成互联112

3.6 多晶硅薄膜太阳能电池的研究成果113

3.6.1 HIT电池113

3.6.2 STAR电池113

3.6.3 CSG电池114

3.6.4 其他研究成果114

3.7 小结115

参考文献116

第4章 微晶硅薄膜太阳能电池125

4.1 概论125

4.2 微晶硅126

4.2.1 微晶硅沉积技术126

4.2.1.1 微晶硅的发展126

4.2.1.2 甚高频辉光放电127

4.2.1.3 其他沉积技术128

4.2.2 微晶硅层128

4.2.2.1 未掺杂微晶硅层129

4.2.2.2 微结构129

4.2.2.3 成核和生长131

4.2.2.4 光学特性133

4.2.2.5 电子输运特性135

4.2.3 掺杂微晶硅层137

4.3 微晶硅薄膜太阳能电池137

4.3.1 光学优化138

4.3.1.1 衬底138

4.3.1.2 透明导电氧化物139

4.3.2 单结微晶硅薄膜太阳能电池141

4.3.3 非微晶叠层电池145

4.4 小结147

参考文献148

第5章 非晶硅薄膜太阳能电池156

5.1 概论156

5.2 非晶硅薄膜太阳能电池的发展157

5.2.1 20世纪70年代157

5.2.2 20世纪80年代157

5.2.3 20世纪90年代157

5.2.4 2000年以后158

5.2.5 目前研究开发的重点方向158

5.3 非晶硅159

5.3.1 原子结构159

5.3.1.1 电子自旋共振160

5.3.1.2 非晶硅中的氢160

5.3.2 状态密度161

5.3.3 尾态和缺陷态的理论模型161

5.3.4 光学特性163

5.3.5 电学特性164

5.3.5.1 暗电导率164

5.3.5.2 暗电导率激活能165

5.3.5.3 光电导率165

5.3.5.4 极扩散长度166

5.3.6 测定状态密度167

5.3.6.1 光电方法167

5.3.6.2 热偏折光谱167

5.3.6.3 稳恒光生电流法167

5.3.6.4 双光束光电导率168

5.3.6.5 傅里叶变换光生电流光谱168

5.3.6.6 吸收系数确定缺陷密度168

5.3.6.7 空间电荷方法169

5.3.6.8 深能级瞬态谱169

5.3.7 光致衰减效应170

5.3.8 原生结晶硅和多形硅171

5.3.9 非晶硅的掺杂173

5.3.10 非晶硅合金174

5.4 非晶硅的沉积175

5.4.1 射频等离子体增强化学气相沉积176

5.4.2 直接等离子体增强化学气相沉积178

5.4.2.1 高气压高功率射频等离子体增强化学气相沉积178

5.4.2.2 甚高频等离子体增强化学气相沉积178

5.4.3 膨胀热等离子体化学气相沉积179

5.4.4 热丝化学气相沉积180

5.5 非晶硅薄膜太阳能电池181

5.5.1 非晶硅薄膜太阳能电池的结构设计181

5.5.2 上层配置和衬底配置183

5.5.3 高转换效率技术184

5.5.4 透明导电氧化物185

5.5.5 S-W效应187

5.5.6 多结非晶硅薄膜太阳能电池188

5.5.6.1 电流匹配188

5.5.6.2 隧道复合结188

5.5.6.3 光谱分裂189

5.5.6.4 叠层电池189

5.5.6.5 三结电池190

5.5.6.6 高转换效率电池的外部参数191

5.5.6.7 计算机建模191

5.6 非晶硅薄膜太阳能电池组件191

5.6.1 能量产率193

5.6.2 商业化组件194

5.6.3 等离子体增强化学气相沉积194

5.6.4 透明导电氧化物沉积195

5.6.5 单片集成196

5.6.6 分流修复196

5.6.7 层压封装196

5.6.8 卷对卷工艺196

5.7 应用198

5.8 远景199

参考文献199

第6章 铜铟镓硒薄膜太阳能电池207

6.1 概论207

6.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的优势208

6.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的工艺209

6.3.1 吸收层210

6.3.1.1 多源蒸发210

6.3.1.2 流程工艺211

6.3.1.3 钠掺杂212

6.3.2 接触电极213

6.3.2.1 背接触213

6.3.2.2 缓冲层213

6.3.2.3 窗口层213

6.3.2.4 单片集成214

6.4 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性215

6.4.1 能带结构216

6.4.2 载流子浓度和输运218

6.4.3 损失机理219

6.5 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的商业化221

6.5.1 成本分析224

6.5.2 组件性能224

6.5.3 可持续性225

6.5.3.1 原材料的供应和循环利用225

6.5.3.2 能源回收期226

6.6 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的继续研发226

6.6.1 柔性太阳能电池226

6.6.2 无镉缓冲层226

6.6.2.1 湿化学工艺227

6.6.2.2 干工艺227

6.6.3 无铟吸收层228

6.6.4 新颖的背接触228

6.6.5 双面配置和上层配置228

6.6.6 非真空工艺229

6.6.7 宽带隙电池和叠层电池229

参考文献230

第7章 碲化镉薄膜太阳能电池241

7.1 概论241

7.2 碲化镉242

7.2.1 碲化镉的光学特性242

7.2.2 碲化镉的电学特性244

7.2.3 硫化镉缓冲层材料247

7.2.4 窗口层材料249

7.3 碲化镉薄膜太阳能电池的研究方向250

7.3.1 碲化镉的激活处理250

7.3.2 背接触结构251

7.3.3 环境保护254

7.3.4 其他研究方向255

7.3.4.1 纯净度255

7.3.4.2 电池厚度255

7.3.4.3 晶界256

7.3.4.4 高级电池结构257

7.4 碲化镉薄膜太阳能电池的工艺258

7.4.1 沉积技术258

7.4.1.1 近空间升华258

7.4.1.2 真空技术258

7.4.1.3 非真空技术259

7.4.2 集成互联259

7.4.3 产业化260

7.5 碲化镉薄膜太阳能电池的物理特性和数值建模261

7.5.1 物理特性和数值建模的关系261

7.5.2 物理特性261

7.5.2.1 物理特性的理论分析261

7.5.2.2 物理特性的实验检测266

7.5.3 数值建模267

7.5.3.1 双二极管模型267

7.5.3.2 数值模拟271

7.5.3.3 确定参数设置271

7.5.3.4 接触势垒273

7.5.3.5 掺杂分布274

7.5.3.6 伪二维建模277

7.6 小结277

参考文献278

第8章 有机太阳能电池289

8.1 概论289

8.2 载流子光生的机292

8.2.1 本征光生292

8.2.2 敏化光生294

8.2.2.1 实验结果294

8.2.2.2 蒙特卡罗模拟297

8.2.3 施主－受主界面的载流子光生300

8.2.3.1 激基复合物301

8.2.3.2 量子产率304

8.2.3.3 双生电子－空穴对307

8.2.3.4 朗之万理论309

8.3 激子分离的理论模型312

8.3.1 昂萨格－布劳恩模型313

8.3.2 掺杂聚合物的零点振动能模型314

8.3.3 施主－受主界面的双极层模型316

8.4 小结319

参考资料320

第9章 染料敏化太阳能电池325

9.1 概论325

9.2 能带结构和运作机326

9.3 纳米结构327

9.3.1 光收获效率328

9.3.2 陷光作用329

9.3.3 载流子的分离329

9.3.4 载流子的收集331

9.3.5 量子点敏化剂333

9.4 染料敏化太阳能电池的特性333

9.4.1 光电转化效率334

9.4.2 实验室转换效率记录335

9.4.3 开路电压336

9.5 配方的改善336

9.6 固态染料敏化太阳能电池337

9.7 染料敏化太阳能电池的稳定性338

9.7.1 稳定性的机理338

9.7.2 副反应338

9.7.3 稳定性测试339

9.7.4 商业化340

9.8 研发趋势341

参考文献342

第10章 体异质结太阳能电池345

10.1 概论345

10.2 光诱导电荷转移346

10.3 体异质结348

10.3.1 运作机348

10.3.2 纳米形貌的影响351

10.3.2.1 体异质结的纳米形貌351

10.3.2.2 双缆聚合物352

10.3.3 改善光子收获353

10.4 载流子的输运和复合355

10.4.1 瞬态电导率测量技术355

10.4.2 共轭聚合物中的载流子输运357

10.4.2.1 RR-MDMO-PPV358

10.4.2.2 RR-P3HT361

10.4.3 体异质结太阳能电池中的载流子输运和复合365

10.4.3.1 线性增加电压光诱导电荷提取365

10.4.3.2 有源层厚度的影响370

10.5 小结373

参考文献373

第11章 太瓦挑战和平价上网379

11.1 概论379

11.2 从太瓦挑战到平价上网380

11.3 低成本理想383

11.4 组件的成本分析383

11.4.1 成本分析方法384

11.4.2 成本分析结果387

11.5 原材料问题406

11.6 技术风险和产业化风险408

参考文献409

英汉索引412

汉英索引470