内容简介

本书系统阐述了半导体硅材料电池的工作原理、硅材料的提纯、生产和加工工艺及其测试分析技术。主要内容包括太阳电池的研究、应用现状与发展趋势，太阳能广电转换材料及物理基础，硅太阳电池的结构与制备，硅及其化合物,硅的提纯，单晶硅材料，多晶硅的制备及其缺陷和杂质，硅材料加工，硅薄膜材料，硅材料的测试与分析。本书可供从事新能源材料与器件、新能源科学与工程、太阳能光伏等研究的科研人员与相关领域的工程技术人员阅读，也可供高校有关专业师生参考。

前言概述

随着人类生活和工商业活动对于能源的需求越来越大，能源问题日趋突出。传统能源的开采难度越来越高，不少能源的储量只能维持几十年时间；与此同时，化石能源在使用时产生的二氧化碳、二氧化硫、颗粒物、重金属等污染物，不可避免地造成温室效应、酸雨、雾霾等各类污染问题，已经影响到人类的生活甚至生命。因此，人们迫切地希望找到新的、清洁的、可替代传统能源的新能源，以解决日益严峻的能源问题和环境问题。太阳能是一种十分重要的新能源，其具有清洁、可再生、储量丰富等优点，极具应用前景。在太阳能的有效利用研究中，太阳电池是近年来最受瞩目、发展最快的研究领域之一。硅太阳电池是目前应用最为广泛的一类太阳电池，它是以半导体硅材料为基础，其工作原理是利用半导体硅材料吸收光能后发生光电转换效应。由于制造工艺上的不同，硅太阳电池可分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池两种结构。近年来，硅太阳电池技术在理论和应用上都有了很大的发展，也增添了许多新的内容，本书从材料制备和性能的角度，着重介绍了硅材料太阳电池光电转换的基本原理、硅太阳电池的结构与制备工艺、原料硅的提纯、单晶硅和多晶硅生产加工工艺、硅材料的性能测试与分析等，系统总结了目前太阳电池硅材料的主要制备技术及其进展。本书由贵州理工学院唐雅琴编著。在撰写过程中，贵州理工学院刘仪柯老师提出了许多编写意见，提供了大量的参考资料，并参与了最后的校稿工作。感谢贵州理工学院一流教学团队建设项目（新能源材料与器件一流教学团队）、省级本科高校一流课程“神奇的材料世界”建设项目（16001黔财教[2016]70号，17008黔财教[2017]142号）和贵州省科技厅基础研究计划项目（黔科合基础[2017]1064号）对本书内容涉及的有关研究的资助；感谢贵州理工学院对本书出版的支持。由于作者水平、时间、精力所限，书中不足之处，望各位专家学者和广大读者能予以谅解，并提出宝贵意见。作者2019年5月

作者介绍

刘仪柯，男，副教授，1981年出生。现任贵州理工学院材料与冶金工程学院新能源材料与器件教研室主任。2014年12月于中南大学博士学位。2015年至今在贵州理工学院工作。以光电功能材料制备及器件为主要研究方向，现主持国家自然科学基金项目1项，省厅级项目3项，曾参加国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑项目、中国工程院院士咨询项目等5项。共发表论文11篇，申请国家发明专利2项，出版学术专著1部。

目录

1绪论

1.1能源与环境

1.2新能源

1.3太阳能

1.4太阳能电池的研究和应用历史

1.5中国太阳电池的产业现状与未来

2太阳能光电转换材料及物理基础

2.1半导体材料

2.2半导体中载流子的统计

2.3费米能级和载流子的统计

2.3.1费米分布函数

2.3.2费米能级

2.4本征半导体的载流子密度

2.4.1本征半导体(intrinsic)

2.4.2本征半导体的费米能级

2.4.3本征载流子密度ni

2.5PN结

2.5.1PN结的形成及其杂质分布

2.5.2PN结的空间电荷区与内建电场

2.5.3热平衡状态下的PN结能带结构

2.5.6PN结的伏安特性曲线

2.5.7偏置条件下的PN结

2.6半导体材料的光吸收

2.7光生伏特效应

2.7.1PN结的光伏效应

2.7.2光照PN结的电流－电压方程

3硅太阳电池的结构和制备

3.1硅太阳电池的结构和光电转换效率

3.1.1硅太阳电池的结构

3.1.2硅太阳电池的光电转换效率及测试

3.2晶硅太阳电池的基本生产工艺

3.2.1硅片检测

3.2.2表面制绒

3.2.3扩散制结

3.2.4去磷硅玻璃

3.2.5等离子刻蚀

3.2.6镀减反射膜

3.2.7丝网印刷 

3.2.8快速烧结

4硅及其化合物

4.1硅元素

4.2硅单质及其性质

4.2.1硅的物理性质

4.2.2硅的化学性质

4.2.3硅的分类及应用

5硅的提纯

5.1太阳电池用硅材料

5.2化学提纯

5.2.1中间产物的合成

5.2.2中间产物的提纯

5.2.3中间产物的还原

5.3物理提纯

5.3.1湿法提纯(酸浸)

5.3.2分凝现象

5.3.3正常凝固

5.3.4定向凝固

5.3.5区域提纯

5.3.6杂质蒸发