薄膜化合物太阳能电池

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 太阳能电池的基本原理 2

1.2.1 太阳光谱 2

1.2.2 太阳能电池的理论转换效率 3

1.2.3 典型的太阳能电池结构 8

1.2.4 太阳能电池的等效电路 12

1.3 太阳能电池的分类 13

1.3.1 硅系太阳能电池 14

1.3.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体太阳能电池 15

1.3.3 薄膜化合物类太阳能电池 16

1.3.4 染料敏化与有机太阳能电池 17

参考资料 18

第二章 碲化镉薄膜太阳能电池 21

2.1 碲化镉薄膜太阳能电池的发展历史和现状 21

2.2 碲化镉薄膜太阳能电池的结构 23

2.2.1 窗口层材料：透明导电薄膜 25

2.2.2 缓冲层材料：硫化镉 26

2.2.3 吸收层材料：碲化镉 41

2.2.4 背电极接触 53

2.3 碲化镉薄膜太阳能电池组件 57

2.4 碲化镉薄膜太阳能电池的寿命问题 59

2.5 碲化镉薄膜太阳能电池面临的问题和未来发展 67

参考资料 69

第三章 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 77

3.1 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展历史 77

3.2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层材料 80

3.2.1 铜铟镓硒薄膜材料的物理性质 80

3.2.2 铜铟镓硒薄膜材料的制备方法 87

3.3 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构（分层介绍） 97

3.3.1 衬底 97

3.3.2 Mo背电极 98

3.3.3 CdS缓冲层 100

3.3.4 ZnO窗口层 102

3.3.5 栅极和减反层 105

3.4 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的器件物理 108

3.4.1 能带结构 108

3.4.2 电流－电压方程与输出特性曲线 110

3.4.3 量子效率 112

3.4.4 抗辐照能力 113

3.4.5 器件稳定性 115

3.5 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的发展动向 117

3.5.1 柔性CIGS薄膜太阳能电池 117

3.5.2 无Cd缓冲层 118

3.5.3 其他Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体材料 119

3.5.4 叠层铜铟镓硒薄膜太阳能电池 120

参考资料 121

第四章 铜锌锡硫薄膜太阳能电池 129

4.1 引言 129

4.2 铜锌锡硫的材料特性 130

4.2.1 晶体结构 130

4.2.2 电子能带结构和光学特性 132

4.2.3 铜锌锡硫体系的多相平衡 135

4.2.4 本征缺陷 140

4.3 铜锌锡硫薄膜的制备 144

4.3.1 共蒸发法 144

4.3.2 溅射／蒸发后退火法 147

4.3.3 肼基溶液合成法 150

4.3.4 非肼基溶液合成法 152

4.3.5 电化学沉积法 155

4.4 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的发展现状 157

4.4.1 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的问题 157

4.4.2 Mo/CZTS的界面 159

4.4.3 CZTS/CdS的界面 160

4.4.4 铜锌锡硫的晶界 162

4.5 展望 163

参考资料 164

第五章 钙钛矿薄膜太阳能电池 173

5.1 钙钛矿结构 173

5.2 有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的发展历史 175

5.3 卤素钙钛矿薄膜的制备方法 176

5.3.1 一步旋涂法 178

5.3.2 一步旋涂基础上的改进工艺 180

5.3.3 二步连续工艺 183

5.3.4 真空蒸发法 185

5.4 钙钛矿薄膜光电物理特性 186

5.4.1 钙钛矿薄膜的禁带宽度调控 186

5.4.2 钙钛矿薄膜的激子特性 190

5.4.3 载流子输运特性 191

5.4.4 晶界作用 197

5.4.5 光电流迟滞与离子迁移 200

5.5 钙钛矿薄膜太阳能电池结构及电极材料 204

5.5.1 钙钛矿薄膜太阳能电池结构演变 204

5.5.2 基于TiO2介孔结构的薄膜太阳能电池 205

5.5.3 正向平面结构薄膜太阳能电池 207

5.5.4 反向平面结构薄膜太阳能电池 209

5.5.5 无空穴传输层钙钛矿薄膜太阳能电池 210

5.6 钙钛矿薄膜太阳能电池稳定性 211

5.6.1 钙钛矿材料空气稳定性 212

5.6.2 钙钛矿材料热电转换稳定性 213

5.6.3 稳定性主要影响因素和改进手段 214

5.6.4 评价标准 219

参考资料 221

第六章 薄膜化合物太阳能电池的未来 233

6.1 柔性薄膜太阳能电池 233

6.2 超薄薄膜太阳能电池 234

6.3 高丰度材料薄膜太阳能电池 235

6.4 中间能带薄膜太阳能电池 236

参考资料 237

结语 239