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《薄膜太阳能电池》系统地介绍了目前主要的几种薄膜太阳能电池技术。分别选取非晶硅和微晶硅、碲化铬、铜锢镓硒、染料敏化以及有机等五类薄膜太阳能电池体系，详细阐述了它们各自的发展历程和现状、材料的基本性质、器件结构及制备工艺，同时介绍了每种薄膜电池的器件特性、产业化情况和技术发展趋势等。《薄膜太阳能电池》还分析了中国的能源困境、新能源机遇以及薄膜光伏发电的优势，同时也利用生命周期评估(LCA)体系定量地比较了几类光伏太阳能发电系统对环境的影响。

目 录

《纳米科学与技术》丛书序

前 言

第1章 能源危机与新能源机遇 1

1.1 世界能源概况 1

1.2 中国能源概况 4

1.3 传统化石能源的环境污染 6

1.4 新能源的机遇及各种新能源比较 10

1.4.1 太阳能 10

1.4.2 风能 12

1.4.3 生物质能 13

1.5 薄膜光伏发电的优势 14

参考文献 18

第2章 非晶硅和微晶硅薄膜末阳能电池 20

2.1 非晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池的发展历史 20

2.2 非晶硅薄膜的基本性质 23

2.2.1 原子结构 23

2.2.2 能带结梅和光电性质 24

2.2.3 非品硅薄膜的光政亚稳特性 28

2.2.4 非晶硅的合金薄膜 30

2.3 非晶硅和微晶硅薄膜的制备方法 31

2.3.1 射频等离子增强化学气相沉积 32

2.3.2 其他频率的PECVD沉积方法 36

2.3.3 热丝化学气相沉积 38

2.3.4 其他沉积方法 39

2.3.5 氢稀释对薄膜生长的影响 40

2.3.6 微晶硅的高速率沉积 41

2.3.7 非晶硅含金以及非晶硅的掺杂方法 42

2.4 非晶硅太阳能电池的结构及特性 43

2.4.1 非品硅单结电池 45

2.4.2 非晶硅双结电池 47

2.4.3 非晶硅三结电池 50

2.4.4 多结非晶硅电池中的电流密度匹配问题 53

2.4.5 多结非晶硅电池中的隧穿结问题 53

2.5 非晶硅太阳能电池组件的结构和制作工艺 53

2.6 非晶硅太阳能电池的产业化现状和技术发展趋势 56

参考文献 58

第3章 碲化铬薄膜太阳能电池 61

3.1 碲化铬薄膜太阳能电池的发展历史 61

3.2 碲化铬材料的基本性质 65

3.3 碲化铬薄膜太阳能电池的结构和制备 68

3.3.1 透明导电犀利高阻层 69

3.3.2 n型CdS层 72

3.3.3 CdTe吸收层 74

3.3.4 CdCb热处理工艺 77

3.3.5 背接触层及电极制作工艺 81

3.4 碲化铺薄膜太阳能电池的特性 82

3.5 碲化锅薄膜太阳能电池的老化 87

3.6 大面积电池组件的制备工艺 91

3.7 碲化铺薄膜太阳能电池的产业化现状和技术发展趋势 92

参考文献 98

第4章 铜铟镓硒薄膜太阳能电池 100

4.1 铜铟镓硒电池的发展与现状 100

4.2 铜铟镓硒多元化合物 102

4.2.1 晶体结构和能带特征 102

4.2.2 相图 105

4.2.3 缺陷 106

4.3 具有光伏性能的铜铟镓硒吸光层的制备 109

4.3.1 共燕发法 109

4.3.2 攒射/硒化法 111

4.3.3 电镀/硒化法 111

4.3.4 纳晶印刷/硒化法 112

4.4 铜铟镓硒电池器件结构、制备及特性 113

4.4.1 衬底 113

4.4.2 Mo背电极 114

4.4.3 CIGS吸收层 114

4.4.4 CdS缓冲层 116

4.4.5 本征ZnO层 116

4.4.6 Al:ZnO透明电极 116

4.4.7 器件特性 117

4.4.8 组件结构 118

4.5 铜铟镓硒电池的器件物理 119

4.5.1 异质p-n结 119

4.5.2 量子效率 120

4.5.3 载流子复合 121

4.6 铜铟镓硒电池的产业化现状及技术发展趋势 128

参考文献 129

第5章 染料敏化薄膜太阳能电池 131

5.1 DSSC的发展历史 131

5.2 DSSC的器件结构和工作原理 133

5.3 DSSC各功能层的材料选项及其性能 135

5.3.1 导电衬底 135

5.3.2 光阳极 137

5.3.3 光敏剂 143

5.3.4 电解液体系 147

5.3.5 氧化还原电对 150

5.3.6 对电极 150

5.4 DSSC组件的制作工艺 151

5.4.1 丝网印刷 152

5.4.2 电极层压密封 153

5.4.3 电池结构设计 153

5.5 DSSC的老化 154

5.6 DSSC的产业化现状和技术发展趋势 157

参考文献 161

第6章 有机薄膜太阳能电池 167

6.1 有机薄膜太阳能电池的发展历史和研究进展 167

6.2 有机薄膜太阳能电池的器件结构和器件工作原理 170

6.2.1 器件结构 170

6.2.2 器件工作原理 171

6.3 有机薄膜太阳能电池常用的给体材料 174

6.3.1 有机小分子给体材料 174

6.3.2 宽带隙聚合物给体材料 176

6.3.3 窄带隙聚合物给体材料 178

6.4 有机薄膜太阳能电池常用的受体材料 182

6.5 有机薄膜太阳能电池的界面层材料 188

6.5.1 利用界面层调节吸收层和电极间的能级关系 189

6.5.2 利用界面层提高电极对电荷的选择性和抑制界面复合 190

6.5.3 利用界面层控制和改善吸收层的表面形貌 191

6.5.4 利用界面层引人光学增强效应和等离激元效应促进光吸收 192

6.5.5 利用界面层提高稳定性 193

6.6 叠层有机太阳能电池简介 193

6.6.1 有机叠层太阳能电池的基本结构和工作原理 194

6.6.2 几种典型的有机叠层太阳能电池 196

6.7 有机薄膜的稳定性问题 200

6.7.1 化学结构稳定性 200

6.7.2 物理稳定性 203

6.8 有机薄膜的常用涂布方法 203

6.8.1 适用于单个样品的印刷涂布技术 203

6.8.2 卷对卷工艺 207

6.8.3 其他成膜技术 208

6.8.4 不同成膜技术的对比 209

6.9 展望 210

参考文献 211

第7章 光伏太阳能电池生产过程中的污染问题 215

7.1 引言 215

7.2 各种电池生产过程中的污染问题 215

7.2.1 晶体硅电池 215

7.2.2 非晶硅电池 218

7.2.3 GaAs电池 219

7.2.4 CdTe电池 221

7.2.5 CIGS电池 223

7.2.6 DSSC 225

7.3 不同太阳能电池之间的比较 226

7.4 结论 233

参考文献 234

索引 238

　　肖旭东，1963年出生于江西吉安。1992年获美国加州大学伯克利分校博±学位。现任香港中文大学物理系教授、中科院深圳先进技术研究院光伏太阳能中心主任。获国家杰出青年科学基金（B类），入选中科院”海外知名学者”和中组部“千人计划”，担任科技部“973”计划项目首席科学家。研究领域包括表面科学、纳米科学和薄膜太阳能电池，以及太阳能基础研究成果向产业化转移转化的工程技术。已在Science、PRL等国际杂志上发表论文120余篇；获美国授权发明专利2项，中国授权发明专利10余项。

　　杨春雷，1975年出生于湖北襄阳。2005年博士毕业于香港科技大学物理系，2011年入选中科院”百人计划”，现任中科院深圳先进技术研究院光伏太阳能中心研究员、博士生导师。近年主要从事铜铟镓硒和铜锌锡硫等化合物薄膜太阳能电池的高效率器件工艺开发。在国际学术刊物上发表学术论文60余篇，获中国授权专利10余项。

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