太陽電池材料（第二版），是由中國科學院院士，浙江大學教授，楊德仁編著的著作書籍。
本書介紹了太陽能及光電轉換的基本原理、太陽電池的基本結構和工藝，著重從材料製備和性能的角度出發，闡述了主要的太陽能光電材料的基本製備原理、製備技術以及材料結構、組成對太陽電池的影響。
基本介紹
圖書綜述,內容簡介,目錄,
圖書綜述
《太陽電池材料（第二版）》是2018年化學工業出版社出版的圖書，作者楊德仁。
該書全面地介紹太陽電池技術，很有針對性的講解了太陽能電池的材料、特性及其使用，為從業人員提供了切實可靠的幫助。本書初版就在社會和讀者中產生了積極反響，並於中國台灣地區出版、發行。
本書可供大專院校的半導體材料與器件、材料科學與工程以及太陽能光伏等能源領域的師生作為教學參考書，也可供從事相關研究和開發的太陽能相關行業科技工作者和企業工程師參考。
內容簡介
太陽能光電方面的研究和套用在全世界範圍內方興未艾，相關太陽能光電工業發展迅速，是令人矚目的朝陽產業。太陽能光電材料包括直拉單晶矽、鑄造多晶矽、帶矽、非晶矽、多晶矽薄膜、GaAs半導體材料、CdTe和CdS薄膜材料、CuInSe2(CuInS2)薄膜材料等。
目錄
第1章太陽能和光電轉換1
1.1太陽能1
1.2太陽能輻射和吸收2
1.3太陽能光電的研究和套用歷史3
1.4太陽電池的研究和開發6
參考文獻8
第2章太陽能光電材料及物理基礎10
2.1半導體材料和太陽能光電材料10
2.1.1半導體材料10
2.1.2太陽能光電材料11
2.2載流子和能帶12
2.2.1載流子12
2.2.2能帶結構12
2.2.3電子和空穴15
2.3雜質和缺陷能級16
2.3.1雜質半導體16
2.3.2雜質能級17
2.3.3深能級18
2.3.4缺陷能級19
2.4熱平衡下的載流子20
2.4.1載流子的狀態密度和統計分布20
2.4.2本徵半導體的載流子濃度23
2.4.3雜質半導體的載流子濃度和補償23
2.5非平衡少數載流子25
2.5.1非平衡載流子的產生、複合和壽命26
2.5.2非平衡載流子的擴散27
2.5.3非平衡載流子在電場下的漂移和擴散28
2.6p-n結30
2.6.1p-n結的製備30
2.6.2p-n結的能帶結構32
2.6.3p-n結的電流電壓特性34
2.7金屬-半導體接觸和MIS結構35
2.7.1金屬-半導體接觸35
2.7.2歐姆接觸37
2.7.3MIS結構38
2.8太陽能光電轉換原理——光生伏特效應39
2.8.1半導體材料的光吸收39
2.8.2光生伏特40
參考文獻41
第3章太陽電池的結構和製備42
3.1太陽電池的結構和光電轉換效率42
3.2晶體矽太陽電池的基本工藝44
3.2.1絨面結構44
3.2.2p-n結製備46
3.2.3減反射層47
3.2.4絲網印刷48
3.2.5燒結49
3.3薄膜太陽電池49
3.3.1砷化鎵薄膜太陽電池49
3.3.2非晶矽薄膜太陽電池51
3.3.3多晶矽薄膜太陽電池53
3.3.4CdTe薄膜太陽電池54
3.3.5CuInSe2(CuInGaSe2)薄膜太陽電池55
參考文獻57
第4章單晶矽材料58
4.1矽的基本性質58
4.2太陽電池用矽材料61
4.3高純多晶矽的製備62
4.3.1三氯氫矽氫還原法62
4.3.2矽烷熱分解法63
4.3.3四氯化矽氫還原法63
4.4太陽能級多晶矽的製備64
4.4.1太陽能級多晶矽64
4.4.2物理冶金技術製備太陽能級多晶矽64
4.5區熔單晶矽66
4.6直拉單晶矽67
4.6.1直拉單晶矽的生長原理和工藝67
4.6.2新型直拉晶體矽的生長技術70
4.6.3直拉單晶矽的摻雜73
4.7矽晶片加工76
4.7.1切斷76
4.7.2滾圓76
4.7.3切片77
4.7.4化學腐蝕79
參考文獻79
第5章直拉單晶矽中的雜質和位錯81
5.1直拉單晶矽中的氧81
5.1.1氧的基本性質82
5.1.2氧熱施主84
5.1.3氧沉澱86
5.1.4硼氧複合體90
5.2直拉單晶矽中的碳94
5.2.1碳的基本性質94
5.2.2碳和氧沉澱95
5.3直拉單晶矽中的金屬雜質97
5.3.1金屬雜質的基本性質97
5.3.2金屬複合體和沉澱101
5.3.3金屬雜質的控制102
5.4直拉單晶矽中的位錯103
5.4.1位錯的基本性質104
5.4.2晶體矽中的位錯結構106
5.4.3晶體矽中位錯的腐蝕和表征107
5.4.4晶體矽中位錯對太陽電池的影響109
參考文獻110
第6章鑄造多晶矽112
6.1概述112
6.2鑄造多晶矽的製備工藝113
6.3鑄造多晶矽的晶體生長116
6.3.1鑄造多晶矽的原材料116
6.3.2坩堝117
6.3.3晶體生長工藝117
6.3.4晶體生長的影響因素118
6.3.5晶體摻雜120
6.4高效鑄造多晶矽的製備121
6.5鑄造類(準)單晶矽的製備122
參考文獻125
第7章鑄造多晶矽中的雜質和缺陷126
7.1鑄造多晶矽中的氧126
7.1.1原生鑄造多晶矽中的氧雜質126
7.1.2原生鑄造多晶矽中的氧施主和氧沉澱127
7.1.3鑄造多晶矽中氧的熱處理性質129
7.2鑄造多晶矽中的碳131
7.2.1原生鑄造多晶矽中的碳雜質131
7.2.2鑄造多晶矽中碳的熱處理性質132
7.3鑄造多晶矽中的氮134
7.3.1鑄造多晶矽中的氮雜質134
7.3.2鑄造多晶矽中的氮氧複合體136
7.3.3鑄造多晶矽中的氮對氧沉澱、氧施主的作用138
7.4鑄造多晶矽中的氫138
7.4.1鑄造多晶矽中的氫雜質138
7.4.2鑄造多晶矽中氫的鈍化作用139
7.5鑄造多晶矽中的金屬雜質和吸雜140
7.5.1鑄造多晶矽中的金屬雜質140
7.5.2鑄造多晶矽中的金屬沉澱141
7.5.3鑄造多晶矽的吸雜142
7.6鑄造多晶矽中的晶界145
7.6.1鑄造多晶矽的晶界145
7.6.2鑄造多晶矽晶界上的金屬沉澱147
7.6.3鑄造多晶矽晶界的氫鈍化149
7.7鑄造多晶矽中的位錯150
7.7.1鑄造多晶矽的位錯150
7.7.2鑄造多晶矽的位錯對電學性能的影響151
參考文獻152
第8章帶矽材料153
8.1帶矽材料的製備153
8.1.1邊緣限制薄膜帶矽生長技術154
8.1.2線牽引帶矽生長技術155
8.1.3枝網帶矽工藝155
8.1.4襯底上的帶矽生長技術156
8.1.5工藝粉末帶矽生長技術157
8.2帶矽生長的基本問題158
8.2.1邊緣穩定性158
8.2.2應力控制158
8.2.3產率159
8.3帶矽材料的缺陷和雜質159
8.3.1帶矽材料的晶界159
8.3.2帶矽材料的位錯160
8.3.3帶矽材料的雜質161
8.4帶矽材料的氫鈍化和吸雜161
8.4.1帶矽材料的氫鈍化161
8.4.2帶矽材料的吸雜162
參考文獻163
第9章非晶矽薄膜164
9.1非晶矽薄膜的基本性質165
9.1.1非晶矽的原子結構特徵165
9.1.2非晶矽的能帶結構166
9.1.3非晶矽的基本特性168
9.2電漿化學氣相沉積製備非晶矽薄膜169
9.2.1輝光放電的基本原理169
9.2.2等離子增強化學氣相沉積製備非晶矽薄膜170
9.2.3非晶矽薄膜的生長171
9.2.4非晶矽薄膜的生長機理172
9.3非晶矽薄膜的摻雜174
9.3.1非晶矽的摻雜174
9.3.2非晶矽薄膜中的雜質175
9.4非晶矽薄膜中的氫176
9.4.1矽氫鍵176
9.4.2非晶矽中氫的態密度177
9.5非晶矽薄膜中的光致衰減178
9.5.1非晶矽薄膜的光致衰減效應178
9.5.2非晶矽薄膜光致衰減效應的影響因素180
9.5.3非晶矽薄膜光致衰減效應的減少和消除180
9.6非晶矽合金薄膜182
9.6.1非晶矽碳合金薄膜182
9.6.2非晶矽鍺合金薄膜183
9.7非晶矽/微晶矽疊層薄膜材料184
參考文獻184
第10章多晶矽薄膜186
10.1多晶矽薄膜的基本性質186
10.1.1多晶矽薄膜的特點186
10.1.2多晶矽薄膜的製備技術187
10.1.3多晶矽薄膜的晶界和缺陷189
10.1.4多晶矽薄膜的雜質190
10.2化學氣相沉積製備多晶矽薄膜191
10.2.1等離子增強化學氣相沉積製備多晶矽薄膜191
10.2.2低壓化學氣相沉積製備多晶矽薄膜193
10.2.3熱絲化學氣相沉積製備多晶矽薄膜194
10.3非晶矽晶化製備多晶矽薄膜196
10.3.1固化晶化製備多晶矽薄膜197
10.3.2金屬誘導固化晶化製備多晶矽薄膜198
10.3.3快速熱處理晶化製備多晶矽薄膜199
10.3.4雷射晶化製備多晶矽薄膜201
參考文獻202
第11章GaAs半導體材料204
11.1GaAs材料的性質和太陽電池204
11.1.1GaAs的基本性質204
11.1.2GaAs太陽電池207
11.2GaAs體單晶材料208
11.2.1布里奇曼法製備GaAs單晶208
11.2.2液封直拉法製備GaAs單晶210
11.3GaAs薄膜單晶材料211
11.3.1液相外延製備GaAs薄膜單晶211
11.3.2金屬-有機化學氣相沉積外延製備GaAs薄膜單晶212
11.3.3Si、Ge襯底上外延製備GaAs薄膜材料215
11.4GaAs晶體中的雜質216
11.4.1GaAs單晶摻雜216
11.4.2GaAs單晶中的雜質217
11.5GaAs晶體中的缺陷219
11.5.1GaAs單晶中的點缺陷219
11.5.2GaAs單晶中的位錯219
11.5.3GaAs單晶中缺陷的氫鈍化220
參考文獻221
第12章CdTe和CdS薄膜材料222
12.1CdTe材料和太陽電池222
12.1.1CdTe薄膜材料的基本性質222
12.1.2CdTe薄膜太陽電池224
12.2CdTe薄膜材料的製備224
12.2.1近空間升華法225
12.2.2電化學沉積法226
12.2.3氣相輸運沉積法230
12.2.4製備CdTe薄膜的其他技術230
12.2.5CdTe薄膜材料的熱處理231
12.3CdS薄膜材料232
12.3.1CdS薄膜材料的基本性質232
12.3.2CdS薄膜材料的製備232
12.3.3CdS薄膜材料的熱處理235
12.3.4CdS薄膜材料的缺陷236
參考文獻237
第13章CuInSe2(CuInGaSe2)系列薄膜材料239
13.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料和太陽電池240
13.1.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料的基本性質240
13.1.2CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）薄膜太陽電池241
13.2CuInSe2（CuInGaSe2）薄膜材料的製備241
13.2.1硒化法製備CuInSe2薄膜材料242
13.2.2共蒸發法製備CuInSe2薄膜材料242
13.2.3CuInGaSe2薄膜材料的製備243
13.3CuInS2材料的性質和太陽電池245
13.3.1CuInS2材料的基本性質245
13.3.2CuInS2太陽電池247
13.4CuInS2薄膜材料的製備247
13.4.1硫化法製備CuInS2薄膜材料247
13.4.2濺射沉積法製備CuInS2薄膜材料248
13.4.3化學水浴法製備CuInS2薄膜材料248
13.5Cu2ZnSnS4薄膜材料和太陽電池250
13.5.1Cu2ZnSnS4材料的基本性質250
13.5.2Cu2ZnSnS4的太陽電池251
13.6Cu2ZnSnS4薄膜材料的製備252
13.6.1蒸發法製備CZTS薄膜材料252
13.6.2濺射法製備CZTS薄膜材料253
13.6.3化學溶液法製備CZTS薄膜材料254
1.1太陽能1
1.2太陽能輻射和吸收2
1.3太陽能光電的研究和套用歷史3
1.4太陽電池的研究和開發6
參考文獻8
第2章太陽能光電材料及物理基礎10
2.1半導體材料和太陽能光電材料10
2.1.1半導體材料10
2.1.2太陽能光電材料11
2.2載流子和能帶12
2.2.1載流子12
2.2.2能帶結構12
2.2.3電子和空穴15
2.3雜質和缺陷能級16
2.3.1雜質半導體16
2.3.2雜質能級17
2.3.3深能級18
2.3.4缺陷能級19
2.4熱平衡下的載流子20
2.4.1載流子的狀態密度和統計分布20
2.4.2本徵半導體的載流子濃度23
2.4.3雜質半導體的載流子濃度和補償23
2.5非平衡少數載流子25
2.5.1非平衡載流子的產生、複合和壽命26
2.5.2非平衡載流子的擴散27
2.5.3非平衡載流子在電場下的漂移和擴散28
2.6p-n結30
2.6.1p-n結的製備30
2.6.2p-n結的能帶結構32
2.6.3p-n結的電流電壓特性34
2.7金屬-半導體接觸和MIS結構35
2.7.1金屬-半導體接觸35
2.7.2歐姆接觸37
2.7.3MIS結構38
2.8太陽能光電轉換原理——光生伏特效應39
2.8.1半導體材料的光吸收39
2.8.2光生伏特40
參考文獻41
第3章太陽電池的結構和製備42
3.1太陽電池的結構和光電轉換效率42
3.2晶體矽太陽電池的基本工藝44
3.2.1絨面結構44
3.2.2p-n結製備46
3.2.3減反射層47
3.2.4絲網印刷48
3.2.5燒結49
3.3薄膜太陽電池49
3.3.1砷化鎵薄膜太陽電池49
3.3.2非晶矽薄膜太陽電池51
3.3.3多晶矽薄膜太陽電池53
3.3.4CdTe薄膜太陽電池54
3.3.5CuInSe2(CuInGaSe2)薄膜太陽電池55
參考文獻57
第4章單晶矽材料58
4.1矽的基本性質58
4.2太陽電池用矽材料61
4.3高純多晶矽的製備62
4.3.1三氯氫矽氫還原法62
4.3.2矽烷熱分解法63
4.3.3四氯化矽氫還原法63
4.4太陽能級多晶矽的製備64
4.4.1太陽能級多晶矽64
4.4.2物理冶金技術製備太陽能級多晶矽64
4.5區熔單晶矽66
4.6直拉單晶矽67
4.6.1直拉單晶矽的生長原理和工藝67
4.6.2新型直拉晶體矽的生長技術70
4.6.3直拉單晶矽的摻雜73
4.7矽晶片加工76
4.7.1切斷76
4.7.2滾圓76
4.7.3切片77
4.7.4化學腐蝕79
參考文獻79
第5章直拉單晶矽中的雜質和位錯81
5.1直拉單晶矽中的氧81
5.1.1氧的基本性質82
5.1.2氧熱施主84
5.1.3氧沉澱86
5.1.4硼氧複合體90
5.2直拉單晶矽中的碳94
5.2.1碳的基本性質94
5.2.2碳和氧沉澱95
5.3直拉單晶矽中的金屬雜質97
5.3.1金屬雜質的基本性質97
5.3.2金屬複合體和沉澱101
5.3.3金屬雜質的控制102
5.4直拉單晶矽中的位錯103
5.4.1位錯的基本性質104
5.4.2晶體矽中的位錯結構106
5.4.3晶體矽中位錯的腐蝕和表征107
5.4.4晶體矽中位錯對太陽電池的影響109
參考文獻110
第6章鑄造多晶矽112
6.1概述112
6.2鑄造多晶矽的製備工藝113
6.3鑄造多晶矽的晶體生長116
6.3.1鑄造多晶矽的原材料116
6.3.2坩堝117
6.3.3晶體生長工藝117
6.3.4晶體生長的影響因素118
6.3.5晶體摻雜120
6.4高效鑄造多晶矽的製備121
6.5鑄造類(準)單晶矽的製備122
參考文獻125
第7章鑄造多晶矽中的雜質和缺陷126
7.1鑄造多晶矽中的氧126
7.1.1原生鑄造多晶矽中的氧雜質126
7.1.2原生鑄造多晶矽中的氧施主和氧沉澱127
7.1.3鑄造多晶矽中氧的熱處理性質129
7.2鑄造多晶矽中的碳131
7.2.1原生鑄造多晶矽中的碳雜質131
7.2.2鑄造多晶矽中碳的熱處理性質132
7.3鑄造多晶矽中的氮134
7.3.1鑄造多晶矽中的氮雜質134
7.3.2鑄造多晶矽中的氮氧複合體136
7.3.3鑄造多晶矽中的氮對氧沉澱、氧施主的作用138
7.4鑄造多晶矽中的氫138
7.4.1鑄造多晶矽中的氫雜質138
7.4.2鑄造多晶矽中氫的鈍化作用139
7.5鑄造多晶矽中的金屬雜質和吸雜140
7.5.1鑄造多晶矽中的金屬雜質140
7.5.2鑄造多晶矽中的金屬沉澱141
7.5.3鑄造多晶矽的吸雜142
7.6鑄造多晶矽中的晶界145
7.6.1鑄造多晶矽的晶界145
7.6.2鑄造多晶矽晶界上的金屬沉澱147
7.6.3鑄造多晶矽晶界的氫鈍化149
7.7鑄造多晶矽中的位錯150
7.7.1鑄造多晶矽的位錯150
7.7.2鑄造多晶矽的位錯對電學性能的影響151
參考文獻152
第8章帶矽材料153
8.1帶矽材料的製備153
8.1.1邊緣限制薄膜帶矽生長技術154
8.1.2線牽引帶矽生長技術155
8.1.3枝網帶矽工藝155
8.1.4襯底上的帶矽生長技術156
8.1.5工藝粉末帶矽生長技術157
8.2帶矽生長的基本問題158
8.2.1邊緣穩定性158
8.2.2應力控制158
8.2.3產率159
8.3帶矽材料的缺陷和雜質159
8.3.1帶矽材料的晶界159
8.3.2帶矽材料的位錯160
8.3.3帶矽材料的雜質161
8.4帶矽材料的氫鈍化和吸雜161
8.4.1帶矽材料的氫鈍化161
8.4.2帶矽材料的吸雜162
參考文獻163
第9章非晶矽薄膜164
9.1非晶矽薄膜的基本性質165
9.1.1非晶矽的原子結構特徵165
9.1.2非晶矽的能帶結構166
9.1.3非晶矽的基本特性168
9.2電漿化學氣相沉積製備非晶矽薄膜169
9.2.1輝光放電的基本原理169
9.2.2等離子增強化學氣相沉積製備非晶矽薄膜170
9.2.3非晶矽薄膜的生長171
9.2.4非晶矽薄膜的生長機理172
9.3非晶矽薄膜的摻雜174
9.3.1非晶矽的摻雜174
9.3.2非晶矽薄膜中的雜質175
9.4非晶矽薄膜中的氫176
9.4.1矽氫鍵176
9.4.2非晶矽中氫的態密度177
9.5非晶矽薄膜中的光致衰減178
9.5.1非晶矽薄膜的光致衰減效應178
9.5.2非晶矽薄膜光致衰減效應的影響因素180
9.5.3非晶矽薄膜光致衰減效應的減少和消除180
9.6非晶矽合金薄膜182
9.6.1非晶矽碳合金薄膜182
9.6.2非晶矽鍺合金薄膜183
9.7非晶矽/微晶矽疊層薄膜材料184
參考文獻184
第10章多晶矽薄膜186
10.1多晶矽薄膜的基本性質186
10.1.1多晶矽薄膜的特點186
10.1.2多晶矽薄膜的製備技術187
10.1.3多晶矽薄膜的晶界和缺陷189
10.1.4多晶矽薄膜的雜質190
10.2化學氣相沉積製備多晶矽薄膜191
10.2.1等離子增強化學氣相沉積製備多晶矽薄膜191
10.2.2低壓化學氣相沉積製備多晶矽薄膜193
10.2.3熱絲化學氣相沉積製備多晶矽薄膜194
10.3非晶矽晶化製備多晶矽薄膜196
10.3.1固化晶化製備多晶矽薄膜197
10.3.2金屬誘導固化晶化製備多晶矽薄膜198
10.3.3快速熱處理晶化製備多晶矽薄膜199
10.3.4雷射晶化製備多晶矽薄膜201
參考文獻202
第11章GaAs半導體材料204
11.1GaAs材料的性質和太陽電池204
11.1.1GaAs的基本性質204
11.1.2GaAs太陽電池207
11.2GaAs體單晶材料208
11.2.1布里奇曼法製備GaAs單晶208
11.2.2液封直拉法製備GaAs單晶210
11.3GaAs薄膜單晶材料211
11.3.1液相外延製備GaAs薄膜單晶211
11.3.2金屬-有機化學氣相沉積外延製備GaAs薄膜單晶212
11.3.3Si、Ge襯底上外延製備GaAs薄膜材料215
11.4GaAs晶體中的雜質216
11.4.1GaAs單晶摻雜216
11.4.2GaAs單晶中的雜質217
11.5GaAs晶體中的缺陷219
11.5.1GaAs單晶中的點缺陷219
11.5.2GaAs單晶中的位錯219
11.5.3GaAs單晶中缺陷的氫鈍化220
參考文獻221
第12章CdTe和CdS薄膜材料222
12.1CdTe材料和太陽電池222
12.1.1CdTe薄膜材料的基本性質222
12.1.2CdTe薄膜太陽電池224
12.2CdTe薄膜材料的製備224
12.2.1近空間升華法225
12.2.2電化學沉積法226
12.2.3氣相輸運沉積法230
12.2.4製備CdTe薄膜的其他技術230
12.2.5CdTe薄膜材料的熱處理231
12.3CdS薄膜材料232
12.3.1CdS薄膜材料的基本性質232
12.3.2CdS薄膜材料的製備232
12.3.3CdS薄膜材料的熱處理235
12.3.4CdS薄膜材料的缺陷236
參考文獻237
第13章CuInSe2(CuInGaSe2)系列薄膜材料239
13.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料和太陽電池240
13.1.1CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）材料的基本性質240
13.1.2CuInSe2（CuInxGa1-xSe2）薄膜太陽電池241
13.2CuInSe2（CuInGaSe2）薄膜材料的製備241
13.2.1硒化法製備CuInSe2薄膜材料242
13.2.2共蒸發法製備CuInSe2薄膜材料242
13.2.3CuInGaSe2薄膜材料的製備243
13.3CuInS2材料的性質和太陽電池245
13.3.1CuInS2材料的基本性質245
13.3.2CuInS2太陽電池247
13.4CuInS2薄膜材料的製備247
13.4.1硫化法製備CuInS2薄膜材料247
13.4.2濺射沉積法製備CuInS2薄膜材料248
13.4.3化學水浴法製備CuInS2薄膜材料248
13.5Cu2ZnSnS4薄膜材料和太陽電池250
13.5.1Cu2ZnSnS4材料的基本性質250
13.5.2Cu2ZnSnS4的太陽電池251
13.6Cu2ZnSnS4薄膜材料的製備252
13.6.1蒸發法製備CZTS薄膜材料252
13.6.2濺射法製備CZTS薄膜材料253
13.6.3化學溶液法製備CZTS薄膜材料254
