太陽能光電技術

本書共分為9章，從半導體基本原理到各種不同材料之運作原理和元件結構皆涵蓋在內。第3、4章以佔據市場率最高的矽晶太陽能電池為主；第5章以效率接近矽晶而成本最低的CIGS薄膜太陽能電池為主；第6章介紹效率最高的III-V多接面太陽能電池。第7章著重尚以學術界研發為主的新穎太陽能電池技術介紹。最後第8、9章則讓大家了解太陽能電池的應用及目前高科技的奈米檢測技術。

本書特色

內容涵蓋範圍廣泛，適合有志從事太陽光電研發、生產和應用的工程技術人員閱讀，也可作為研究生和大學高年級學生固態照明課程的教科書或半導體物理、材料科學、照明技術和光學課程的參考書。

郭浩中

現職：國立交通大學光電工程學系教授
學歷：美國伊利諾大學香檳分校(UIUC)電機博士
經歷：華星光通科技股份有限公司雷射部門經理
安捷倫科技光纖通訊部門資深研究員
伊利諾大學香檳分校化合物半導體及微電子中心研究助理
Lucent Technology Bell Laboratory貝爾實驗室異質接面半導體部研究助理

賴芳儀

現職：元智大學電機工程學系助理教授
學歷：國立交通大學光電工程博士

郭守義

學歷：國立交通大學光電工程博士
現職：長庚大學電子工程學系助理教授

蔡閔安

學歷：國立交通大學電子物理博士
現職：工業技術研究院量測技術發展中心研究員

序
目　錄
第一章 太陽能電池導論
第二章 太陽能電池原理
2.1 能帶
2.2 本質半導體
2.3 外質半導體
2.4 簡併半導體
2.5 外加電場下的能帶圖
2.6 直接和非直接能隙半導體
2.7 pn 接面理論
2.7.1 無外加偏壓（開路）
2.7.2 順向偏壓
2.7.3 逆向偏壓
2.7.4 空乏層電容
2.8 半導體和光之間的相互作用
2.8.1 半導體的光學特性
2.8.2 半導體和電磁波之間的相互作用
2.9 半導體的光吸收
2.9.1 光吸收係數和光譜
2.9.2 激子吸收
2.9.3 能帶邊的光吸收
2.10 用電子能帶結構解釋光學性質
2.10.1 直接躍遷型的光吸收
2.10.2 間接躍遷型的光吸收
2.10.3 Ge 的吸收光譜
2.10.4 GaAs、a-Si 的吸收光譜
2.11 太陽能電池的工作原理
2.11.1 太陽能電池的結構和作用
2.11.2 太陽能電池的性能
2.11.3 性能參數
2.11.4 高效率太陽能電池
2.11.5 理論極限效率
2.11.6 提高轉換效率的研究和開發
2.11.7 多結多層結構的太陽能電池
習題
第三章 單、多晶矽太陽能電池
前言
3.1 單晶矽晶片之製作
3.1.1 直拉法製造單晶矽（柴氏法）
3.1.2 區熔法製造單晶矽（Floating zone technique,FZ）
3.2 太陽能級單晶矽晶片加工
3.3 多晶矽晶片之製作
3.4 矽晶碇法
3.4.1 坩堝下降法（Bridgman-Stockbarger method）
3.4.2 熱交換法（Heat exchanger method,HEM）
3.4.3 澆鑄法（Casting）
3.4.4 電磁鑄造法（Electromagnetic casting method, EMC）
3.5 矽晶帶法
3.5.1 邊緣成膜矽晶帶法（Edge-defined film-fed growth method, EFG）
3.5.2 基板矽晶帶法（Ribbon Growth on Substrate,RGS）
3.5.3 線狀矽晶帶法（String ribbon, SR）
3.6 結晶矽太陽能電池的結構
3.6.1 矽基板
3.6.2 p-n 接面
3.6.3 粗糙面
3.6.4 抗反射層
3.6.5 上電極
3.6.6 背面電極
3.7 矽基晶片型太陽能電池製程技術
3.7.1 清洗處理（cleaning）
3.7.2 粗糙化蝕刻（textureing）
3.7.3 磷擴散（diffusion）
3.7.4 磷玻璃蝕刻（phosphorus glass etching）
3.7.5 抗反射層沉積（anti-reflective coating）
3.7.6 金屬電極
3.7.7 燒結（firing）
3.7.8 晶片邊緣絕緣（edge isolation）
3.8 單晶矽和多晶矽太陽能電池的比較
3.8.1 單晶矽太陽能電池
3.8.2 多晶矽太陽能電池
3.9 高效率單晶矽太陽電池種類
3.10 射極鈍化背面局部擴散太陽電池
3.11 埋入式接點太陽電池
3.12 格柵太陽電池
xii
習題
參考文獻
第四章 非晶矽薄膜太陽能電池
4.1 前言
4.2 矽薄膜太陽能電池優點
4.3 矽薄膜太陽能電池發展近況
4.4 非晶矽材料簡介
4.5 非晶矽太陽能電池製程技術
4.5.1 電漿輔助化學氣相沈積系統
4.5.2 多功能真空濺鍍系統
4.5.3 電子束金屬蒸鍍系統
4.6 非晶矽薄膜太陽能電池高效率化技術
4.6.1 堆疊型薄膜太陽能電池
4.6.2 光捕捉技術的應用
4.6.3 次波長結構製作方法
4.6.4 光捕捉技術之範例
結論
習題
參考文獻
第五章 GIGS 薄膜太陽能電池
5.1 基板
5.2 背電極
5.3 吸收層
5.3.1 共蒸鍍（co-evaporation）
5.3.2 二階段製程（Two-step process）
5.3.3 非真空製程
5.4 緩衝層
5.5 本質氧化鋅
5.6 透明導電層
5.7 發展現況
5.8 銅鋅錫硫／硒 Cu2ZnSn(S, Se)4 太陽能電池
習題
參考文獻
第六章 III-V族太陽能電池
6.1 III-V 族太陽電池發展簡史
6.2 III-V 族太陽電池優缺點
6.3 III-V 族太陽電池製程技術
6.3.1 液相磊晶法（Liquid Phase Epitaxy, LPE）
6.3.2 有機金屬氣相磊晶法（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy, MOVPE）
6.3.3 分子束磊晶法（Molecular-Beam Epitaxy, MBE）
6.3.4 化學束磊晶法（Chemical Beam Epitaxy, CBE）
6.4 III-V 族太陽電池材料簡介
6.5 單接面 III-V 族太陽能電池
6.5.1 簡介
6.5.2 理想的單接面太陽能電池條件
6.5.3 InGaP 單接面太陽電池
6.5.4 GaAs 單接面太陽能電池
6.6 InGaN 太陽電池
6.6.1 前言
6.6.2 磊晶的挑戰
6.7 結論
習題
參考文獻
第七章 新穎太陽能電池
7.1 前言
7.2 奈米結構矽太陽電池介紹
7.2.1 奈米結構矽太陽電池製程
7.2.2 奈米結構的非晶矽太陽能電池
7.2.3 奈米及微米複合結構抗反射層
7.3 量子點（Quantum dot）
7.3.1 量子點的合成
7.3.2 量子點在太陽能上的應用
7.4 中間能帶型太陽能電池
7.5 熱載子太陽能電池
7.6 熱光伏特太陽能電池
7.7 頻譜轉換太陽能電池
7.8 奈米結構太陽能電池
習題
參考文獻
第八章 太陽能電池應用
8.1 前言
8.2 食
8.3 衣
8.4 住
8.5 行
8.6 育
8.7 樂
8.8 其他
參考文獻
第九章 奈米檢測技術
9.1 表面或材料內部的顯微結構影像分析
9.1.1 掃描式電子顯微鏡 Scanning Electron Microscope, SEM
9.1.2 穿透式電子顯微鏡 Transmission Electron Microscope, TEM
9.1.3 原子力顯微鏡 Atomic Force Microscope, AFM
9.2 晶體結構與成分分析
9.2.1 X 光繞射分析儀 X-ray Diffraction, XRD
9.2.2 能量散射光譜儀 Energy Dispersive Spectrometer, EDS
9.3 光學特性分析
9.3.1 光譜分析儀 Spectroscope
9.3.2 拉曼光譜儀 Raman Spectrometer
9.4 電性分析
9.4.1 霍爾量測 Hall Measurement
9.4.2 直流電性量測系統 I-V Measurement
9.4.3 光電轉換效率量測系統 Incident Photo to Current Conversion Efficiency,IPCE