本书介绍太阳能光电转换的基本原理、用于光伏电池的硅材料的基本特性和制备工艺。本书内容从材料的物理和化学本质出发，和太阳能电池工艺技术结合，以太阳能电池工艺从原料到器件过程为线索，以原理、材料、器件为结构体系，主要阐述硅材料电池的基本原理、硅材料的特性及材料生产、提纯原理及工艺、单晶硅生长及多晶硅铸造工艺、硅电池片的制备及测试等方面。
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目录
第1章 太阳能和光伏产业 1
1.1 太阳能 1
1.2 日照强度 3
1.3 太阳高度角和方位角 7
1.4 太阳能利用与光伏产业 9
1.4.1 太阳能利用方式 9
1.4.2 光伏产业 11
第2章 光伏电池物理 15
2.1 半导体物理基础 15
2.1.1 晶体结构 15
2.1.2 半导体的性质 22
2.1.3 能带结构和导电性 22
2.1.4 本征半导体、掺杂半导体 24
2.1.5 载流子浓度 29
2.1.6 载流子的输运 31
2.1.7 半导体pn 结 38
2.2 光伏电池基本原理 40
2.2.1 半导体的内光电效应 40
2.2.2 太阳能电池的能量转换过程 41
2.2.3 太阳能电池的基本特性 42
2.2.4 影响太阳能电池转换效率的因素 46
第3章 硅的特性 50
3.1 硅的物理性质 51
3.2 硅的化学性质 53
3.3 硅的用途 54
3.4 硅的分类 56
第4章 工业硅的生产 59
4.1 工业硅冶炼的原料 59
4.2 工业硅冶炼基本原理 61
4.3 工业硅生产工艺操作 66
4.3.1 工业硅生产工艺流程 66
4.3.2 操作要点 67
4.4 配料 69
4.4.1 配料比例 69
4.4.2 配料计算 69
第5章 高纯硅的制备 72
5.1 化学提纯 72
5.1.1 化学提纯制备太阳能级硅的原理 72
5.1.2 化学提纯典型工艺 77
5.2 物理提纯 85
5.2.1 物理提纯制备太阳能级硅的原理 85
5.2.2 物理提纯典型工艺 96
第6章 单晶硅的生长 98
6.1 晶体生长理论基础 98
6.1.1 结晶相变热力学基础 99
6.1.2 晶核的形成 103
6.1.3 晶体生长系统中成核率的控制 109
6.1.4 晶体界面结构模型 111
6.1.5 晶体的外形 115
6.2 硅单晶生长 117
6.2.1 硅单晶的直拉生长 117
6.2.2 硅单晶的区熔生长 133
6.3 硅晶体的掺杂 137
6.3.1 直拉硅单晶中杂质的掺入 138
6.3.2 单晶中杂质均匀分布的控制 143
第7章 多晶硅的铸造 146
7.1 铸造多晶硅方法 148
7.1.1 布里奇曼法 148
7.1.2 热交换法 150
7.1.3 电磁铸锭法 152
7.1.4 浇铸法 154
7.1.5 热交换法设备 155
7.2 定向凝固过程分析 158
7.2.1 定向凝固过程中的传热 158
7.2.2 定向凝固工艺参数 161
7.3 铸造多晶硅的工艺流程 163
7.3.1 铸造多晶硅的原材料 163
7.3.2 铸造多晶硅的坩埚 164
7.3.3 铸造多晶硅的具体工艺流程 164
7.3.4 铸造多晶硅中晶体生长的影响因素 166
7.3.5 铸造多晶硅中的晶体掺杂 169
第8章 电池片制备 170
8.1 制备工艺 171
8.1.1 成型 171
8.1.2 切片 172
8.1.3 化学腐蚀 172
8.1.4 制绒 172
8.1.5 扩散制结 173
8.1.6 边缘刻蚀、清洗 173
8.1.7 沉积减反射层 173
8.1.8 丝网印刷上下电极 174
8.1.9 共烧形成金属接触 174
8.1.10 电池片测试 175
8.2 有关设备及工艺细节 175
8.2.1 锯片切割与线切割 175
8.2.2 化学腐蚀 177
8.2.3 扩散及扩散设备 179
8.2.4 减反射层 180
8.2.5 电极设计 181
8.3 硅片清洗及原理 183
8.3.1 清洗的作用 183
8.3.2 清洗的原理 183
8.3.3 去离子水的制备 185
第9章 硅材料电池测试 188
9.1 材料性质 188
9.1.1 多数载流子传输特性 188
9.1.2 少数载流子特性 198
vi 硅材料电池原理及制造
9.2 器件测量 210
9.2.1 器件相关参数 210
9.2.2 I-V 电流测量 213
9.2.3 光谱测量 216
第10章 太阳能电池新材料与新技术 220
10.1 钙钛矿太阳能电池 220
10.2 等离子共振吸收增强 223
附录 228
附录1 硅在300K 时的电阻率与掺杂浓度关系曲线 228
附录2 元素周期表 229
附录3 常用物理基本常数表 230
参考文献 231
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