矽太陽能電池光伏材料(第2版)（簡體書）

《硅太陽能電池光伏材料（第2版）》內容包括半導體基礎、太陽能電池原理、多晶硅原料製造工藝及製造方法、單晶硅棒製造工藝、多晶硅錠製造工藝、晶體硅切片工藝、硅電池片製造工藝、光伏發電系統。本書主要工藝原理、生產技術等內容來源於真實企業生產實際以及科研單位研究成果。相對第一版增加了已有較廣泛應用的新工藝、新技術，如連續加料技術、磁控直拉技術、多柵技術、無柵技術、黑硅技術以及高效PERC、PERL、IBC等電池，對過時內容做了刪減。

種法力，徐州工程學院，教授，主編種法力從事新能源相關課程教學10余年，多次深入光伏企業進行調研和相關技術研討、參加光伏相關學術會議，每年帶領學生到企業進行實踐教學，具備實踐經驗

《硅太陽能電池光伏材料（第2版）》入選“‘十三五’江蘇省高等學校重點教材”，可供新能源、光伏、材料科學與工程等相關專業教學使用，也可供相關專業研究、開發技術人員參考。

煤、石油、天然氣等資源不可再生，儲量越來越少，消耗量卻越來越多，傳統能源供給捉襟見肘，在生產和消費過程中也會有大量污染物排放，破壞生態和環境。太陽能、風能、水能、潮汐能等被認為是無污染的清潔能源，在一些國家很大程度上緩解了能源壓力，其中太陽能取之不盡、用之不竭，成為一種重要的可再生能源。太陽能光伏發電得到世界普遍的應用和推廣，該發電系統建設周期短、使用壽命長、維護簡單、安全可靠、對環境污染小、規模大小可自由控制，而且光伏建築一體化集建築材料的功能與發電於一體，提升了建築物的美感，節約了安裝空間。
我國有豐富的太陽能資源，光伏發電具有巨大的潛力，已經形成了完整的光伏產業鏈，在世界光伏產業上占據非常重要的地位。從太陽能電池產量來看，晶體硅太陽能電池仍然占據主導地位，市場占有量一直在90%以上。晶體硅太陽能電池具有較為成熟的製作工藝和顯著的優點，轉化效率不斷升高，成本大幅度降低，在今後較長的一段時間內，這種主導地位將不會改變。
本書貼合最新的工業工藝、緊跟當前科技前沿，內容涵蓋了多晶硅原料工藝、切片技術、電池片工藝技術，以及光伏發電系統等內容。本書在編寫過程中重視理論與實踐的結合，在理論闡述上淺顯易懂，知識量達到夠用、實用即可，在實踐上注重實踐技能的可操作性，力求讀者能夠順利掌握實際生產操作技能。本書第1版由編著者多年的授課講義和生產實踐總結整理而成，第2版增加了新工藝、新技術，如連續加料直拉技術、磁控直拉技術、多柵技術、無主柵技術、多晶黑硅技術以及高效PERC、PERL、IBC等電池，對陳舊內容做了刪減。
本書由種法力、滕道祥進行第1版編著和第2版修訂。另外，對在本書編寫過程中提出寶貴意見的老師和朋友，表示衷心感謝。
由於編著者知識面和水平以及掌握的文獻資料有限，並考慮到科學技術的快速發展，知識在不斷地更新，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編著者
2020年11月

第1章緒論/001
1.1能源和經濟001
1.23E問題004
1.3溫室效應006
1.3.1地球溫度估算006
1.3.2溫室效應本質006
1.4臭氧層空洞007
1.5酸雨008
1.6其他污染008
1.7太陽輻射009
1.8大氣質量012
1.9太陽能的利用013
1.10太陽能的優缺點015
1.11太陽能電池的發展史016
1.12中國太陽能電池歷史及產業現狀與未來017

第2章半導體基礎/020
2.1半導體020
2.1.1半導體分類和特徵021
2.1.2電阻率、電導率021
2.2半導體晶體結構022
2.2.1晶體特徵023
2.2.2晶體結構024
2.2.3晶向與晶面025
2.2.4晶向與晶面的關係028
2.2.5結晶過程031
2.2.6晶核形成032
2.2.7晶體缺陷033
2.3固體能帶理論038
2.3.1能級038
2.3.2能帶038
2.3.3半導體導電能力能帶解釋040
2.3.4費米能級041
2.4半導體純度041
2.5半導體導電原理042
2.5.1電子、空穴042
2.5.2載流子043
2.6本征半導體045
2.7雜質半導體046
2.7.1半導體中雜質填充046
2.7.2深/淺能級雜質047
2.7.3電活性/電中性雜質047
2.7.4N型半導體047
2.7.5P型半導體049
2.7.6雜質對電阻率的影響050
2.8P-N結050
2.8.1P-N結形成050
2.8.2P-N結單向導通性052
2.8.3P-N結擊穿053
2.8.4P-N結伏安特性054
2.8.5P-N結電場和電勢055
2.8.6P-N結電容特性058
2.8.7P-N結應用060

第3章太陽能電池基本原理/061
3.1太陽能電池061
3.1.1光電效應061
3.1.2光伏效應062
3.2太陽能電池基本結構063
3.3太陽能電池表征參數064
3.4太陽能電池電路模型066
3.5半導體光吸收067
3.6量子效率070
3.7太陽能電池的光譜響應071
3.8太陽能電池轉換效率影響因素072
3.8.1光損失072
3.8.2載流子復合損失073
3.8.3電流輸出損失074
3.9太陽能電池轉換效率η極限075
3.9.1短路電流Isc極限075
3.9.2開路電壓Voc極限076
3.9.3填充因子FF極限076
3.9.4轉換效率η極限076
3.10溫度對太陽能電池的影響077
3.11太陽能電池組件的“熱斑效應”079

第4章多晶硅原料製造工藝/084
4.1太陽能電池材料選擇084
4.2硅材料特徵085
4.2.1硅材料物理屬性085
4.2.2硅材料化學屬性087
4.3硅的用途087
4.4金屬硅製造088
4.4.1金屬硅製造原理088
4.4.2金屬硅製造流程090
4.4.3金屬硅生產影響因素093
4.4.4工業硅煙氣處理095
4.4.5金屬硅現狀095
4.5改良西門子法製造多晶硅097
4.5.1三氯硅烷制備098
4.5.2SiHCl3氫氣還原制備多晶硅原料102
4.5.3西門子多晶硅原料106
4.5.4硅芯107
4.5.5氫氣制備與凈化107
4.5.6氯化氫合成107
4.5.7廢氣、廢液、廢渣處理108
4.6硅烷法製造多晶硅109
4.6.1硅烷性質109
4.6.2流化床法110
4.6.3硅烷熱分解法114
4.7多晶硅其他制備方法115

第5章單晶硅棒製造工藝/117
5.1直拉法製造單晶硅棒117
5.1.1直拉單晶爐117
5.1.2熱場121
5.1.3熱場溫度梯度124
5.1.4拆爐127
5.1.5熱場安裝和煅燒129
5.1.6石英坩堝131
5.1.7籽晶133
5.1.8直拉單晶硅料133
5.1.9直拉單晶流程135
5.1.10熔體對流142
5.1.11雜質分凝143
5.1.12硅中雜質144
5.1.13電阻率均勻性控制149
5.1.14晶體雜質條紋151
5.1.15摻雜151
5.1.16單晶硅良率控制153
5.1.17單晶車間生產事故及處理154
5.2連續加料直拉法155
5.3磁控直拉法156
5.3.1磁控直拉法原理157
5.3.2磁控直拉法磁場157
5.4懸浮區熔法製造單晶硅棒159
5.4.1懸浮區熔原理159
5.4.2熔硅穩定問題159
5.4.3中子嬗變摻雜160
5.4.4懸浮區熔單晶爐161
5.5無接觸坩堝技術162
5.6液體覆蓋直拉技術162

第6章多晶硅錠鑄造工藝/163
6.1多晶硅發展163
6.2多晶硅錠鑄造原理163
6.3定向凝固傳熱分析164
6.4布裡曼法165
6.5熱交換法165
6.5.1熱交換爐166
6.5.2鑄造硅錠工藝流程168
6.6澆鑄法171
6.7電磁鑄造法172
6.8多晶硅錠摻雜173
6.9多晶硅錠溫度影響174
6.10多晶硅錠雜質174
6.10.1非金屬雜質174
6.10.2金屬雜質176
6.11多晶硅錠缺陷176

第7章晶體硅切片工藝/178
7.1硅片分類178
7.2硅片切片流程179
7.2.1光伏硅切片179
7.2.2晶圓單晶硅切片184
7.3砂漿線切割188
7.4金剛石線切割190
7.5少子壽命192
7.5.1微波光電導衰減法193
7.5.2高頻光電導衰減法195
7.6體電阻率196
7.6.1半無窮大樣品體電阻率196
7.6.2薄層樣品電阻率197
7.7硅片等級標準198
7.8硅帶製造技術200
7.9直拉硅片技術202

第8章硅電池片製造工藝/204
8.1晶體硅太陽能電池204
8.2基板材料205
8.3表面制絨206
8.3.1硅片清洗206
8.3.2制絨意義和原理206
8.3.3單晶硅制絨207
8.3.4單晶硅制絨設備和流程211
8.3.5多晶硅制絨212
8.3.6多晶硅制絨設備和流程213
8.3.7絨面檢測216
8.4擴散制P-N結217
8.4.1擴散機制217
8.4.2擴散方程219
8.4.3擴散系數219
8.4.4擴散分類220
8.4.5磷擴散制結223
8.4.6磷擴散工藝224
8.4.7硅片檢驗226
8.4.8等離子體刻蝕229
8.4.9去除磷硅玻璃230
8.5減反射膜α-SiNx∶H230
8.5.1減反射膜原理230
8.5.2減反射膜材料232
8.5.3α-SiNx∶H性質233
8.5.4α-SiNx∶H制備235
8.5.5α-SiNx∶H 檢驗239
8.6SiNx表面鈍化239
8.6.1鈍化原理239
8.6.2氫鈍化作用241
8.6.3SiNx厚度與少子壽命關係241
8.7絲網印刷及燒結工藝242
8.7.1絲網印刷原理242
8.7.2印刷設備及參數243
8.7.3絲網印刷步驟246
8.7.4絲網印刷檢驗247
8.7.5燒結248
8.7.6燒結檢驗249
8.8柵線技術249
8.9多晶黑硅技術253
8.10高效硅電池254
8.10.1P型PERC電池255
8.10.2PERT和PERL電池256
8.10.3HIT電池259
8.10.4IBC電池260
8.10.5HJBC電池261
8.10.6HJBC-POLO電池262
8.10.7TOPCon電池263

第9章光伏發電系統/265
9.1光伏發電系統組成要素265
9.2太陽能電池組件268
9.2.1封裝材料269
9.2.2組件製造過程273
9.3光伏陣列279
9.3.1光伏陣列輸出特性279
9.3.2光伏陣列尺寸279
9.3.3最大功率點跟蹤控制280
9.4並網發電系統283
9.4.1並網發電分類283
9.4.2並網發電優缺點285
9.4.3孤島效應286
9.4.4光伏建築一體化286
9.5獨立系統289
9.6混合系統289
9.7太陽能光伏發電系統設計291
9.7.1獨立系統容量設計292
9.7.2混合系統設計295
9.7.3並網系統設計296
9.7.4光伏組件傾角296
9.7.5太陽能電池方陣間距298

參考文獻/300

附錄/301