数理科学与化学 类型
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322千字 字数
2020-12-01 发行日期
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主编推荐语

晶体硅太阳电池原理及应用研究

内容简介

本书作者在参考国内外相关科技文献资料、了解前人研究成果的基础上，结合自己的研究和思考，应用量子力学基础理论、固体能带理论和半导体载流子运行规律，系统介绍了晶体硅太阳电池的电能产生机理。本书主要内容包括绪论、晶体硅的结构和基本物理化学性质、半导体中的能带与态密度、半导体中的载流子、半导体中载流子的输运、半导体pn结、晶体硅pn结太阳电池、金属—半导体（MS）结构与MS太阳电池、金属—绝缘体—半导体（MIS）结构与MIS太阳电池、晶体硅异质pn结太阳电池、硅基太阳电池的计算物理、太阳电池的光电转换效率、聚光太阳电池与叉指式背接触（IBC）太阳电池、晶体硅太阳电池的优化设计、纳米硅/硅异质结太阳电池、钙钛矿/硅串联太阳电池、太阳电池热物理分析。

目录

  • 封面
  • 版权信息
  • 内容简介
  • 前言
  • 作者简介
  • 第1章 绪论
  • 第2章 晶体硅的结构和基本物理化学性质
  • 2.1 硅的晶体结构
  • 2.1.1 化学键
  • 2.1.2 晶体结构
  • 2.1.3 表面与界面结构
  • 2.2 晶体硅的基本物理化学性质[2]
  • 第3章 半导体中的能带与态密度
  • 3.1 自由电子的运动状态
  • 3.2 半导体的能带
  • 3.2.1 晶体能带的形成
  • 3.2.2 k空间的量子态分布
  • 3.2.3 硅晶体的能带结构
  • 3.3 半导体中的量子态
  • 3.3.1 自由电子的能量与动量之间的关系
  • 3.3.2 半导体中电子的能量与动量之间的关系
  • 3.3.3 半导体中电子的平均速度和加速度
  • 3.3.4 间接带隙材料与直接带隙材料
  • 3.3.5 半导体能带中的量子态密度
  • 第4章 半导体中的载流子
  • 4.1 波矢空间半导体载流子
  • 4.1.1 波矢空间半导体载流子的统计分布
  • 4.1.2 波矢空间半导体的载流子浓度和电流密度
  • 4.2 平衡状态下的载流子
  • 4.2.1 本征半导体硅与非本征半导体硅
  • 4.2.2 本征半导体中载流子浓度的统计分布
  • 4.2.3 掺杂半导体的能带结构
  • 4.2.4 n型半导体硅和p型半导体硅
  • 4.2.5 掺杂半导体的多子浓度
  • 4.2.6 掺杂半导体的少子浓度
  • 4.2.7 重掺杂简并半导体及其载流子浓度
  • 4.3 准平衡状态下的载流子
  • 4.3.1 准费米能级
  • 4.3.2 准平衡状态下载流子的统计分布
  • 4.3.3 准平衡状态下载流子浓度
  • 4.3.4 准平衡状态下电流密度[8]
  • 4.3.5 存在温度梯度时的电流密度
  • 第5章 半导体中载流子的输运
  • 5.1 载流子的迁移率和漂移电流
  • 5.2 半导体的电阻率
  • 5.3 载流子的扩散和扩散电流
  • 5.4 载流子的总电流密度
  • 5.5 载流子的产生
  • 5.5.1 热平衡状态下载流子的产生
  • 5.5.2 光作用下载流子的产生
  • 5.6 半导体中载流子的复合
  • 5.6.1 直接复合
  • 5.6.2 俄歇复合
  • 5.6.3 缺陷复合
  • 5.6.4 表面复合和晶界复合
  • 5.6.5 辐照损伤导致的复合
  • 5.6.6 半导体的总复合率
  • 5.7 半导体内载流子的输运方程
  • 5.8 表面复合引起的界面电流
  • 5.9 半导体隧穿效应与隧穿电流
  • 第6章 半导体pn结
  • 6.1 半导体pn结的形成
  • 6.1.1 pn结的形成和杂质分布
  • 6.1.2 pn结的能带结构
  • 6.2 热平衡状态下的pn结
  • 6.2.1 热平衡状态下pn结的费米能级
  • 6.2.2 pn结的内建电势
  • 6.2.3 空间电荷区的宽度
  • 6.2.4 突变结和单边突变pn结
  • 6.3 准平衡状态下的pn结
  • 6.3.1 外加偏压下pn结能带结构和耗尽层宽度
  • 6.3.2 外加偏压时pn结的电流-电压特性
  • 6.3.3 温度对pn结电流的影响
  • 6.4 pn结的结电容
  • 6.5 浓度结
  • 6.6 半导体pn结击穿
  • 6.6.1 半导体中规则形状势垒的隧穿效应
  • 6.6.2 半导体pn结的隧穿效应击穿
  • 6.6.3 pn结的雪崩击穿
  • 6.6.4 热电击穿
  • 第7章 晶体硅pn结太阳电池
  • 7.1 晶体硅太阳电池的光伏效应
  • 7.2 基于等效电路的理想太阳电池的输出特性
  • 7.2.1 电流-电压特性
  • 7.2.2 输出功率、填充因子和光电转换效率
  • 7.3 基于微观机理的理想太阳电池输出特性
  • 7.3.1 太阳电池n型区和p型区电场强度为恒定值时的光谱电流-电压特性
  • 7.3.2 太阳电池n型区和p型区电场强度为恒定值时的全光谱电流-电压特性
  • 7.3.3 太阳电池n型区和p型区的电场强度为零时的电流-电压特性
  • 7.3.4 太阳电池n型区和p型区的电场强度随位置变化时的电流-电压特性
  • 7.4 表面复合对太阳电池输出特性的影响
  • 7.5 准实际太阳电池的特性
  • 7.5.1 影响理想太阳电池性能的主要因素
  • 7.5.2 准实际太阳电池的输出特性
  • 第8章 金属-半导体（MS）结构与MS太阳电池
  • 8.1 金属-半导体接触
  • 8.1.1 金属和半导体的功函数
  • 8.1.2 肖特基势垒
  • 8.1.3 金属-半导体接触的电荷和电场分布
  • 8.2 金属-半导体接触的整流特性
  • 8.2.1 整流特性
  • 8.2.2 热电子发射机理
  • 8.2.3 镜像力引起的势垒降低
  • 8.3 金属-半导体欧姆接触
  • 8.3.1 粒子隧穿非矩形势垒的隧穿效应
  • 8.3.2 肖特基势垒的隧穿电流
  • 8.3.3 金属-半导体的欧姆接触
  • 8.4 少子的扩散电流
  • 8.5 MS肖特基结太阳电池
  • 8.5.1 肖特基结太阳电池的光伏效应
  • 8.5.2 光电流和光电压
  • 第9章 金属-绝缘体-半导体（MIS）结构与MIS太阳电池
  • 9.1 理想MIS结构的能带图
  • 9.1.1 理想晶体的表面态
  • 9.1.2 MIS结构
  • 9.1.3 理想MIS结构的能带图
  • 9.2 理想MIS结构的表面空间电荷
  • 9.2.1 表面层的空间电荷密度与表面势的关系
  • 9.2.2 耗尽层宽度
  • 9.2.3 深耗尽状态
  • 9.3 理想MIS结构的电容特性
  • 9.4 MIS结构中的载流子输运
  • 9.5 半导体表面层的电导和场效应
  • 9.5.1 半导体表面层的电导
  • 9.5.2 表面载流子的有效迁移率
  • 9.6 金属-氧化物-半导体（MOS）结构
  • 9.6.1 MOS结构的功函数差
  • 9.6.2 硅MOS结构中的空间电荷
  • 9.6.3 Si-SiO2界面处的界面态
  • 9.6.4 氧化物电荷和功函数差对C-V曲线的影响
  • 9.7 MIS结构的隧穿效应
  • 9.7.1 粒子隧穿势垒的量子传输系数
  • 9.7.2 界面态及其模型
  • 9.7.3 通过绝缘体势垒和界面态的量子传输系数
  • 9.7.4 隧穿俘获截面和捕获概率
  • 9.8 界面态复合隧穿电流
  • 9.8.1 半导体中电子的表面复合
  • 9.8.2 金属中电子的陷阱复合
  • 9.8.3 界面态的占据率和隧穿电流
  • 9.9 载流子通过绝缘体势垒的隧穿电流
  • 9.9.1 MIS结构中的绝缘层
  • 9.9.2 从半导体到金属的隧穿电流
  • 9.9.3 通过绝缘体的净隧穿电流
  • 9.10 MIS太阳电池
  • 9.10.1 MIS太阳电池的能带结构
  • 9.10.2 MIS太阳电池绝缘体中的电压降和电荷分布
  • 9.10.3 MIS太阳电池中的电流分量
  • 9.10.4 MIS太阳电池中的总电流
  • 9.10.5 MIS太阳电池的开路电压
  • 第10章 晶体硅异质pn结太阳电池
  • 10.1 半导体异质结及其能带图结构
  • 10.2 突变异质结的输出特性
  • 10.2.1 内建电势和势垒宽度
  • 10.2.2 结电容
  • 10.2.3 异质结的电流-电压特性
  • 10.3 异质结太阳电池
  • 10.3.1 异质结太阳电池的结构
  • 10.3.2 异质结太阳电池的光伏效应
  • 10.4 异质结太阳电池n型区和p型区电场强度为恒定值时的输出特性
  • 10.4.1 光谱短路电流密度
  • 10.4.2 光谱复合电流密度
  • 10.4.3 异质结太阳电池的总电流-电压特性
  • 10.5 异质结太阳电池n型区和p型区电场强度为零时的电流-电压特性
  • 10.6 异质结太阳电池的效率
  • 10.7 硅基异质结太阳电池
  • 10.7.1 HIT硅基异质结太阳电池
  • 10.7.2 非晶硅和纳米硅材料
  • 10.7.3 n型晶体硅基底和p型晶体硅基底HIT太阳电池
  • 第11章 硅基太阳电池的计算物理
  • 11.1 太阳电池数值计算的物理模型
  • 11.2 泊松方程
  • 11.2.1 泊松方程中的静电势
  • 11.2.2 泊松方程中的空间电荷密度
  • 11.3 载流子的连续性方程
  • 11.3.1 电子电流密度和空穴电流密度
  • 11.3.2 光生载流子的产生率
  • 11.3.3 载流子复合率
  • 11.4 太阳电池数值模拟方法
  • 11.4.1 数值模拟计算的一般概念
  • 11.4.2 太阳电池基本方程和边界条件
  • 11.4.3 数值计算方法的求解
  • 11.4.4 数值模拟计算实例
  • 11.4.5 改进的模拟软件wxAMPS
  • 第12章 太阳电池的光电转换效率
  • 12.1 太阳电池光电转换效率的极限
  • 12.2 晶体硅太阳电池光电转换效率的极限
  • 12.2.1 晶体硅pn结太阳电池光电转换效率的极限
  • 12.2.2 硅基叠层太阳电池光电转换效率的极限
  • 12.3 影响太阳电池光电转换效率的因素
  • 12.3.1 光电转换过程的能量损耗
  • 12.3.2 影响太阳电池性能参数的因素分析
  • 12.3.3 高掺杂效应对太阳电池光电转换效率的影响
  • 12.4 高效晶体硅太阳电池实例
  • 12.4.1 选择性发射极（SE）太阳电池
  • 12.4.2 硅基异质结（SHJ）太阳电池
  • 12.4.3 叉指式背接触（IBC）太阳电池
  • 12.4.4 隧穿氧化层钝化接触（TOP-Con）太阳电池
  • 12.4.5 双面太阳电池及组件
  • 12.4.6 发射极钝化及背面局部扩散（PERL）太阳电池
  • 12.4.7 黑硅太阳电池
  • 12.4.8 多种高效技术相结合的太阳电池
  • 12.4.9 叠瓦太阳电池组件
  • 第13章 聚光太阳电池与叉指式背接触（IBC）太阳电池
  • 13.1 聚光太阳电池的特性
  • 13.1.1 低聚光率的聚光太阳电池
  • 13.1.2 高聚光率的聚光太阳电池
  • 13.2 叉指式背接触（IBC）太阳电池
  • 13.3 IBC聚光太阳电池一维模拟
  • 13.3.1 太阳电池的终端电流方程
  • 13.3.2 高注入下的复合电流密度
  • 13.3.3 高注入下的太阳电池输出特性
  • 13.4 IBC聚光太阳电池三维模拟
  • 13.4.1 太阳电池的基本方程
  • 13.4.2 终端电流的求解方法
  • 13.4.3 终端电压的求解方法
  • 13.4.4 高注入下基区的输运方程
  • 13.4.5 载流子复合电流的计算
  • 13.4.6 基区载流子浓度的变分解
  • 13.4.7 载流子浓度的计算
  • 13.4.8 终端输出电流的计算
  • 13.4.9 终端电压的计算
  • 13.4.10 数值模拟计算[4]
  • 13.5 太阳电池边角部位的复合和最佳边缘距离
  • 第14章 晶体硅太阳电池的优化设计
  • 14.1 晶体硅太阳电池优化设计的几项基础算式
  • 14.1.1 太阳电池最佳功率点电压和电流的解析表达式
  • 14.1.2 入射光子通量密度和硅的光谱吸收系数的近似表达式
  • 14.1.3 晶体硅禁带的变形
  • 14.1.4 半导体-栅极接触电阻
  • 14.2 基于遗传算法的太阳电池优化设计
  • 14.2.1 太阳电池终端输出的基本方程
  • 14.2.2 太阳电池中与栅极相关的功率损耗
  • 14.2.3 基于遗传算法的太阳电池优化设计
  • 14.3 基于变分法计算的聚光太阳电池几何参数的优化
  • 14.3.1 太阳电池的准一维模型
  • 14.3.2 太阳电池中与栅极相关的功率损耗
  • 14.3.3 基于变分法计算的太阳电池栅极参数的优化
  • 第15章 纳米碳/硅异质结太阳电池
  • 15.1 碳纳米管/硅异质结太阳电池
  • 15.1.1 碳纳米管/硅太阳电池的结构和制备
  • 15.1.2 SWCNT/Si太阳电池的光电特性
  • 15.2 石墨烯及其电学性质
  • 15.2.1 石墨烯的晶体结构及其能带结构
  • 15.2.2 电子紧束缚近似
  • 15.2.3 在紧束缚近似下石墨烯的哈密顿量
  • 15.2.4 石墨烯纳米带的能带结构
  • 15.2.5 石墨烯纳米带的电学特性
  • 15.3 化学气相沉积石墨烯/硅太阳电池
  • 15.3.1 石墨烯与石墨烯/硅太阳电池的制备
  • 15.3.2 石墨烯与石墨烯/硅太阳电池的性能分析
  • 15.4 具有氧化物界面层的石墨烯/硅太阳电池
  • 15.4.1 具有氧化物界面层的石墨烯/硅太阳电池的制备
  • 15.4.2 具有氧化物层的石墨烯/硅太阳电池的性能分析
  • 15.5 纳米碳/硅太阳电池的研究课题
  • 第16章 钙钛矿/硅串联太阳电池
  • 16.1 钙钛矿和钙钛矿太阳电池
  • 16.1.1 钙钛矿
  • 16.1.2 钙钛矿太阳电池的结构和制造
  • 16.2 钙钛矿太阳电池的计算物理
  • 16.2.1 本征吸收层钙钛矿太阳电池
  • 16.2.2 自掺杂吸收层钙钛矿太阳电池
  • 16.2.3 拟合算法
  • 16.2.4 数值模拟结果
  • 16.3 钙钛矿/硅串联太阳电池的计算物理
  • 16.3.1 钙钛矿/硅串联太阳电池的物理模型
  • 16.3.2 钙钛矿/硅串联太阳电池的模拟计算
  • 16.4 具有织构表面的太阳电池的光学传输特性
  • 16.4.1 朗伯分布时的光传输
  • 16.4.2 非朗伯分布时的光传输
  • 16.5 钙钛矿/硅串联太阳电池的光学传输物理模型和数值模拟
  • 16.5.1 4T和2T太阳电池的光学传输物理模型
  • 16.5.2 4T和2T太阳电池的数值模拟计算
  • 16.5.3 3T太阳电池的结构和数值模拟
  • 16.6 对于钙钛矿/硅串联太阳电池需要进一步研究的主要课题
  • 第17章 太阳电池热物理分析
  • 17.1 辐射及其化学势
  • 17.2 基于辐射热力学的太阳电池电流-电压特性
  • 17.3 太阳电池性能的热力学分析
  • 17.4 热载流子太阳电池
  • 附录A 太阳电池n型区和p型区的输出特性
  • A.1 电流密度的连续性方程
  • A.1.1 连续性方程
  • A.1.2 边界条件
  • A.1.3 载流子产生率
  • A.1.4 二阶常系数线性非齐次微分方程求解方法
  • A.2 n型区的空穴浓度和电流密度
  • A.3 p型区的电子浓度和电流密度
  • 附录B 耗尽区中通过缺陷态复合中心的复合电流
  • 附录C 准中性区中电场非均匀分布时载流子电流的近似计算方法
  • 附录D 部分符号表
  • 附录E 物理常数
  • 附录F 硅的物理化学性质
  • 附录G 国际单位制
  • 附录H 关于“solar cell”名词的翻译
  • 反侵权盗版声明
  • 封底
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出版方

电子工业出版社

电子工业出版社成立于1982年10月，是国务院独资、工信部直属的中央级科技与教育出版社，是专业的信息技术知识集成和服务提供商。经过三十多年的建设与发展，已成为一家以科技和教育出版、期刊、网络、行业支撑服务、数字出版、软件研发、软科学研究、职业培训和教育为核心业务的现代知识服务集团。出版物内容涵盖了电子信息技术的各个分支及工业技术、经济管理、科普与少儿、社科人文等领域，综合出版能力位居全国出版行业前列。