晶體硅太陽電池物理

第1章 緒論
第2章 晶體硅的結(jié)構(gòu)和基本物理化學性質(zhì)
2．1 硅的晶體結(jié)構(gòu)
2．1．1 化學鍵
2．1．2 晶體結(jié)構(gòu)
2．1．3 表面與界面結(jié)構(gòu)
2．2 晶體硅的基本物理化學性質(zhì)
第3章 半導體中的能帶與態(tài)密度
3．1 自由電子的運動狀態(tài)
3．2 半導體的能帶
3．2．1 晶體能帶的形成
3．2．2 k空間的量子態(tài)分布
3．2．3 硅晶體的能帶結(jié)構(gòu)
3．3 半導體中的量子態(tài)
3．3．1 自由電子的能量與動量之間的關(guān)系
3．3．2 半導體中電子的能量與動量之間的關(guān)系
3．3．3 半導體中電子的平均速度和加速度
3．3．4 間接帶隙材料與直接帶隙材料
3．3．5 半導體能帶中的量子態(tài)密度
第4章 半導體中的載流子
4．1 波矢空間半導體載流子
4．1．1 波矢空間半導體載流子的統(tǒng)計分布
4．1．2 波矢空間半導體的載流子濃度和電流密度
4．2 平衡狀態(tài)下的載流子
4．2．1 本征半導體硅與非本征半導體硅
4．2．2 本征半導體中載流子濃度的統(tǒng)計分布
4．2．3 摻雜半導體的能帶結(jié)構(gòu)
4．2．4 n型半導體硅和p型半導體硅
4．2．5 摻雜半導體的多子濃度
4．2．6 摻雜半導體的少子濃度
4．2．7 重摻雜簡并半導體及其載流子濃度
4．3 準平衡狀態(tài)下的載流子
4．3．1 準費米能級
4．3．2 準平衡狀態(tài)下載流子的統(tǒng)計分布
4．3．3 準平衡狀態(tài)下載流子濃度
4．3．4 準平衡狀態(tài)下電流密度
4．3．5 存在溫度梯度時的電流密度
第5章 半導體中載流子的輸運
5．1 載流子的遷移率和漂移電流
5．2 半導體的電阻率
5．3 載流子的擴散和擴散電流
5．4 載流子的總電流密度
5．5 載流子的產(chǎn)生
5．5．1 熱平衡狀態(tài)下載流子的產(chǎn)生
5．5．2 光作用下載流子的產(chǎn)生
5．6 半導體中載流子的復合
5．6．1 直接復合
5．6．2 俄歇復合
5．6．3 缺陷復合
5．6．4 表面復合和晶界復合
5．6．5 輻照損傷導致的復合
5．6．6 半導體的總復合率
5．7 半導體內(nèi)載流子的輸運方程
5．8 表面復合引起的界面電流
5．9 半導體隧穿效應(yīng)與隧穿電流
第6章 半導體pn結(jié)
6．1 半導體pn結(jié)的形成
6．1．1 pn結(jié)的形成和雜質(zhì)分布
6．1．2 pn結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)
6．2 熱平衡狀態(tài)下的pn結(jié)
6．2．1 熱平衡狀態(tài)下pn結(jié)的費米能級
6．2．2 pn結(jié)的內(nèi)建電勢
6．2．3 空間電荷區(qū)的寬度
6．2．4 突變結(jié)和單邊突變pn結(jié)
6．3 準平衡狀態(tài)下的pn結(jié)
6．3．1 外加偏壓下pn結(jié)能帶結(jié)構(gòu)和耗盡層寬度
6．3．2 外加偏壓時pn結(jié)的電流-電壓特性
6．3．3 溫度對pn結(jié)電流的影響
6．4 pn結(jié)的結(jié)電容
6．5 濃度結(jié)
6．6 半導體pn結(jié)擊穿
6．6．1 半導體中規(guī)則形狀勢壘的隧穿效應(yīng)
6．6．2 半導體pn結(jié)的隧穿效應(yīng)擊穿
6．6．3 pn結(jié)的雪崩擊穿
6．6．4 熱電擊穿
第7章 晶體硅pn結(jié)太陽電池
7．1 晶體硅太陽電池的光伏效應(yīng)
7．2 基于等效電路的理想太陽電池的輸出特性
7．2．1 電流-電壓特性
7．2．2 輸出功率、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率
7．3 基于微觀機理的理想太陽電池輸出特性
7．3．1 太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)電場強度為恒定值時的光譜電流-電壓特性
7．3．2 太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)電場強度為恒定值時的全光譜電流-電壓特性
7．3．3 太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)的電場強度為零時的電流-電壓特性
7．3．4太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)的電場強度隨位置變化時的電流-電壓特性
7．4 表面復合對太陽電池輸出特性的影響
7．5 準實際太陽電池的特性
7．5．1 影響理想太陽電池性能的主要因素
7．5．2 準實際太陽電池的輸出特性
第8章 金屬-半導體（MS）結(jié)構(gòu)與MS太陽電池
8．1 金屬-半導體接觸
8．1．1 金屬和半導體的功函數(shù)
8．1．2 肖特基勢壘
8．1．3 金屬-半導體接觸的電荷和電場分布
8．2 金屬-半導體接觸的整流特性
8．2．1 整流特性
8．2．2 熱電子發(fā)射機理
8．2．3 鏡像力引起的勢壘降低
8．3 金屬-半導體歐姆接觸
8．3．1 粒子隧穿非矩形勢壘的隧穿效應(yīng)
8．3．2 肖特基勢壘的隧穿電流
8．3．3 金屬-半導體的歐姆接觸
8．4 少子的擴散電流
8．5 MS肖特基結(jié)太陽電池
8．5．1 肖特基結(jié)太陽電池的光伏效應(yīng)
8．5．2 光電流和光電壓
第9章 金屬-絕緣體-半導體（MIS）結(jié)構(gòu)與MIS太陽電池
9．1 理想MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖
9．1．1 理想晶體的表面態(tài)
9．1．2 MIS結(jié)構(gòu)
9．1．3 理想MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖
9．2 理想MIS結(jié)構(gòu)的表面空間電荷
9．2．1 表面層的空間電荷密度與表面勢的關(guān)系
9．2．2 耗盡層寬度
9．2．3 深耗盡狀態(tài)
9．3 理想MIS結(jié)構(gòu)的電容特性
9．4 MIS結(jié)構(gòu)中的載流子輸運
9．5 半導體表面層的電導和場效應(yīng)
9．5．1 半導體表面層的電導
9．5．2 表面載流子的有效遷移率
9．6 金屬-氧化物-半導體(MOS)結(jié)構(gòu)
9．6．1 MOS結(jié)構(gòu)的功函數(shù)差
9．6．2 硅MOS結(jié)構(gòu)中的空間電荷
9．6．3 Si-SiO2界面處的界面態(tài)
9．6．4 氧化物電荷和功函數(shù)差對C-V曲線的影響
9．7 MIS結(jié)構(gòu)的隧穿效應(yīng)
9．7．1 粒子隧穿勢壘的量子傳輸系數(shù)
9．7．2 界面態(tài)及其模型
9．7．3 通過絕緣體勢壘和界面態(tài)的量子傳輸系數(shù)
9．7．4 隧穿俘獲截面和捕獲概率
9．8 界面態(tài)復合隧穿電流
9．8．1 半導體中電子的表面復合
9．8．2 金屬中電子的陷阱復合
9．8．3 界面態(tài)的占據(jù)率和隧穿電流
9．9 載流子通過絕緣體勢壘的隧穿電流
9．9．1 MIS結(jié)構(gòu)中的絕緣層
9．9．2 從半導體到金屬的隧穿電流
9．9．3 通過絕緣體的凈隧穿電流
9．10 MIS太陽電池
9．10．1 MIS太陽電池的能帶結(jié)構(gòu)
9．10．2 MIS太陽電池絕緣體中的電壓降和電荷分布
9．10．3 MIS太陽電池中的電流分量
9．10．4 MIS太陽電池中的總電流
9．10．5 MIS太陽電池的開路電壓
第10章 晶體硅異質(zhì)pn結(jié)太陽電池
10．1 半導體異質(zhì)結(jié)及其能帶圖結(jié)構(gòu)
10．2 突變異質(zhì)結(jié)的輸出特性
10．2．1 內(nèi)建電勢和勢壘寬度
10．2．2 結(jié)電容
10．2．3 異質(zhì)結(jié)的電流-電壓特性
10．3 異質(zhì)結(jié)太陽電池
10．3．1 異質(zhì)結(jié)太陽電池的結(jié)構(gòu)
10．3．2 異質(zhì)結(jié)太陽電池的光伏效應(yīng)
10．4 異質(zhì)結(jié)太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)電場強度為恒定值時的輸出特性
10．4．1 光譜短路電流密度
10．4．2 光譜復合電流密度
10．4．3 異質(zhì)結(jié)太陽電池的總電流-電壓特性
10．5 異質(zhì)結(jié)太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)電場強度為零時的電流-電壓特性
10．6 異質(zhì)結(jié)太陽電池的效率
10．7 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池
10．7．1 HIT硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池
10．7．2 非晶硅和納米硅材料
10．7．3 n型晶體硅基底和p型晶體硅基底HIT太陽電池
第11章 硅基太陽電池的計算物理
11．1 太陽電池數(shù)值計算的物理模型
11．2 泊松方程
11．2．1 泊松方程中的靜電勢
11．2．2 泊松方程中的空間電荷密度
11．3 載流子的連續(xù)性方程
11．3．1 電子電流密度和空穴電流密度
11．3．2 光生載流子的產(chǎn)生率
11．3．3 載流子復合率
11．4 太陽電池數(shù)值模擬方法
11．4．1 數(shù)值模擬計算的一般概念
11．4．2 太陽電池基本方程和邊界條件
11．4．3 數(shù)值計算方法的求解
11．4．4 數(shù)值模擬計算實例
11．4．5 改進的模擬軟件wxAMPS
第12章 太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率
12．1 太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的極限
12．2 晶體硅太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的極限
12．2．1 晶體硅pn結(jié)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的極限
12．2．2 硅基疊層太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的極限
12．3 影響太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的因素
12．3．1 光電轉(zhuǎn)換過程的能量損耗
12．3．2 影響太陽電池性能參數(shù)的因素分析
12．3．3 高摻雜效應(yīng)對太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響
12．4 高效晶體硅太陽電池實例
12．4．1 選擇性發(fā)射極(SE)太陽電池
12．4．2 硅基異質(zhì)結(jié)（SHJ）太陽電池
12．4．3 叉指式背接觸（IBC）太陽電池
12．4．4 隧穿氧化層鈍化接觸（TOP-Con）太陽電池
12．4．5 雙面太陽電池及組件
12．4．6 發(fā)射極鈍化及背面局部擴散(PERL)太陽電池
12．4．7 黑硅太陽電池
12．4．8 多種高效技術(shù)相結(jié)合的太陽電池
12．4．9 疊瓦太陽電池組件
第13章 聚光太陽電池與叉指式背接觸（IBC）太陽電池
13．1 聚光太陽電池的特性
13．1．1 低聚光率的聚光太陽電池
13．1．2 高聚光率的聚光太陽電池
13．2 叉指式背接觸(IBC)太陽電池
13．3 IBC 聚光太陽電池一維模擬
13．3．1 太陽電池的終端電流方程
13．3．2 高注入下的復合電流密度
13．3．3 高注入下的太陽電池輸出特性
13．4 IBC 聚光太陽電池三維模擬
13．4．1 太陽電池的基本方程
13．4．2 終端電流的求解方法
13．4．3 終端電壓的求解方法
13．4．4 高注入下基區(qū)的輸運方程
13．4．5 載流子復合電流的計算
13．4．6 基區(qū)載流子濃度的變分解
13．4．7 載流子濃度的計算
13．4．8 終端輸出電流的計算
13．4．9 終端電壓的計算
13．4．10 數(shù)值模擬計算
13．5 太陽電池邊角部位的復合和最佳邊緣距離
第14章 晶體硅太陽電池的優(yōu)化設(shè)計
14．1 晶體硅太陽電池優(yōu)化設(shè)計的幾項基礎(chǔ)算式
14．1．1 太陽電池最佳功率點電壓和電流的解析表達式
14．1．2 入射光子通量密度和硅的光譜吸收系數(shù)的近似表達式
14．1．3 晶體硅禁帶的變形
14．1．4 半導體-柵極接觸電阻
14．2 基于遺傳算法的太陽電池優(yōu)化設(shè)計
14．2．1 太陽電池終端輸出的基本方程
14．2．2 太陽電池中與柵極相關(guān)的功率損耗
14．2．3 基于遺傳算法的太陽電池優(yōu)化設(shè)計
14．3 基于變分法計算的聚光太陽電池幾何參數(shù)的優(yōu)化
14．3．1 太陽電池的準一維模型
14．3．2 太陽電池中與柵極相關(guān)的功率損耗
14．3．3 基于變分法計算的太陽電池柵極參數(shù)的優(yōu)化
第15章 納米碳/硅異質(zhì)結(jié)太陽電池
15．1 碳納米管/硅異質(zhì)結(jié)太陽電池
15．1．1 碳納米管/硅太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備
15．1．2 SWCNT/Si太陽電池的光電特性
15．2 石墨烯及其電學性質(zhì)
15．2．1 石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)及其能帶結(jié)構(gòu)
15．2．2 電子緊束縛近似
15．2．3 在緊束縛近似下石墨烯的哈密頓量
15．2．4 石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)
15．2．5 石墨烯納米帶的電學特性
15．3 化學氣相沉積石墨烯/硅太陽電池
15．3．1 石墨烯與石墨烯/硅太陽電池的制備
15．3．2 石墨烯與石墨烯/硅太陽電池的性能分析
15．4 具有氧化物界面層的石墨烯/硅太陽電池
15．4．1 具有氧化物界面層的石墨烯/硅太陽電池的制備
15．4．2 具有氧化物層的石墨烯/硅太陽電池的性能分析
15．5 納米碳/硅太陽電池的研究課題
第16章 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池
16．1 鈣鈦礦和鈣鈦礦太陽電池
16．1．1 鈣鈦礦
16．1．2 鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)和制造
16．2 鈣鈦礦太陽電池的計算物理
16．2．1 本征吸收層鈣鈦礦太陽電池
16．2．2 自摻雜吸收層鈣鈦礦太陽電池
16．2．3 擬合算法
16．2．4 數(shù)值模擬結(jié)果
16．3 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池的計算物理
16．3．1 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池的物理模型
16．3．2 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池的模擬計算
16．4 具有織構(gòu)表面的太陽電池的光學傳輸特性
16．4．1 朗伯分布時的光傳輸
16．4．2 非朗伯分布時的光傳輸
16．5 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池的光學傳輸物理模型和數(shù)值模擬
16．5．1 4T和2T太陽電池的光學傳輸物理模型
16．5．2 4T和2T太陽電池的數(shù)值模擬計算
16．5．3 3T太陽電池的結(jié)構(gòu)和數(shù)值模擬
16．6 對于鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽電池需要進一步研究的主要課題
第17章 太陽電池熱物理分析
17．1 輻射及其化學勢
17．2 基于輻射熱力學的太陽電池電流-電壓特性
17．3 太陽電池性能的熱力學分析
17．4 熱載流子太陽電池
附錄A 太陽電池n型區(qū)和p型區(qū)的輸出特性
A．1 電流密度的連續(xù)性方程
A．1．1 連續(xù)性方程
A．1．2 邊界條件
A．1．3 載流子產(chǎn)生率
A．1．4 二階常系數(shù)線性非齊次微分方程求解方法
A．2 n型區(qū)的空穴濃度和電流密度
A．3 p型區(qū)的電子濃度和電流密度
附錄B 耗盡區(qū)中通過缺陷態(tài)復合中心的復合電流
附錄C 準中性區(qū)中電場非均勻分布時載流子電流的近似計算方法
附錄D 部分符號表
附錄E 物理常數(shù)
附錄F 硅的物理化學性質(zhì)
附錄G 國際單位制
附錄H 關(guān)于“Solar cell”名詞的翻譯