硅基异质结太阳电池物理与器件

目录

序前言第 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

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。