本书介绍太阳电池材料、工作原理、制造方法及太阳电池的应用工程。
陈哲艮研究员,全国"五一劳动奖章"获得者,***有突出贡献的专家、全国优秀科技工作者,中国光电技术发展中心主任,浙江省能源研究所所长,中国太阳能学会常务理事,浙江省可再生能源协会会长、中国化学与物理电源行业协会副理事长兼太阳能光伏行业分会副理事长,曾获全国科学大会奖、国家科技进步奖和省部级科技进步奖多项。从事教学、科研工作30余年,先后完成研究课题30余项,在国内外发表学术论文60余篇。
第1章 绪论
1.1 光伏效应
1.2 阳光资源
1.3 太阳能光伏发电系统
1.3.1 太阳能光伏发电系统的结构
1.3.2 分布式光伏发电系统
1.3.3 微电网系统
1.3.4 大型光伏电站
1.4 晶体硅太阳电池和组件的制造
参考文献
第2章 太阳能用多晶硅
2.1 西门子法
2.2 硅烷法
2.3 流化床法
2.4 冶金法
参考文献
第3章 太阳电池用硅晶体
3.1 直拉单晶硅
3.1.1 直拉单晶炉
3.1.2 直拉单晶工艺
3.1.3 直拉单晶的影响因素
3.1.4 杂质的引入、分布和掺杂
3.2 铸造多晶硅
3.2.1 多晶硅铸造技术
3.2.2 定向凝固多晶硅铸锭炉
3.2.3 多晶硅铸锭炉热场数学模型
3.2.4 多晶硅铸造生长工艺
3.2.5 铸造多晶硅生长的影响因素
3.2.6 准单晶硅和高效多晶硅
3.2.7 多晶硅铸锭用坩埚
参考文献
第4章 硅片多线切割及测试
4.1 硅片多线切割
4.2 硅晶体性能及测试
4.2.1 涡流法电阻率检测
4.2.2 硅块少子寿命测试
4.2.3 硅块红外探伤
4.2.4 无接触硅片厚度测试
4.2.5 硅片分选
4.2.6 晶硅中的氧
4.2.7 晶硅中的碳
4.2.8 晶硅中的金属杂质及影响
4.2.9 位错和缺陷
参考文献
第5章 硅片的清洗和制绒
5.1 硅片的选择
5.2 硅片清洗
5.2.1 硅片表面的沾污源
5.2.2 化学清洗原理
5.2.3 物理清洗原理
5.2.4 硅片及器具的清洗
5.3 硅片腐蚀减薄
5.4 硅片绒面制备
5.4.1 碱腐蚀单晶硅片制绒
5.4.2 酸腐蚀多晶硅片制绒
5.5 硅片制绒质量检验
5.6 硅片制绒新技术
参考文献
第6章 掺杂制备PN结
6.1 掺杂制备PN结工艺原理
6.1.1 扩散现象
6.1.2 扩散层杂质浓度分布
6.1.3 两步扩散法制结原理
6.1.4 固-固扩散制结原理
6.1.5 扩散制结的质量参数
6.1.6 扩散制结条件的选择
6.1.7 P型硅片的磷扩散制结工艺
6.1.8 扩散制结的质量检测
6.2 离子注入掺杂制结
6.2.1 离子注入掺杂的原理
6.2.2 注入离子的离子分布
6.2.3 注入离子的离子阻滞
6.2.4 离子注入的沟道效应
6.2.5 离子注入损伤与退火
6.2.6 太阳电池的离子注入掺杂
参考文献
第7章 硅片表面和边缘刻蚀
7.1 干法刻蚀边缘扩散层
7.1.1 等离子体刻蚀
7.1.2 激光边缘刻蚀隔离
7.2 湿法刻蚀表面磷硅玻璃
7.3 湿法刻蚀扩散层
7.3.1 湿法刻蚀扩散层原理
7.3.2 硅片漂浮方式湿法刻蚀
7.3.3 滚轮携液方式的湿法刻蚀
7.4 硅片周边表面刻蚀后的质量检查
参考文献
第8章 减反射膜制备
8.1 减反射膜的减反射原理
8.2 氮化硅减反射薄膜
8.2.1 氮化硅减反射薄膜沉积方法
8.2.2 氮化硅膜的热处理
8.2.3 双层减反射膜
8.3 太阳电池的表面钝化技术
8.4 Al2O3减反射/钝化膜
参考文献
第9章 电极的丝网印刷与烧结
9.1 电极的丝网印刷
9.1.1 丝网印刷技术原理
9.1.2 丝网印刷金属浆料的作用
9.1.3 丝网印刷用材料、工具和设备
9.1.4 电极的丝网印刷工艺
9.1.5 金属栅线电极的高宽比及其测试方法
9.2 电极浆料烧结
9.2.1 电极浆料烧结机理
9.2.2 电极浆料烧结设备及工艺
9.2.3 电极烧结质量要求
9.3 太阳电池质量检测
参考文献
第10章 高转换效率晶体硅太阳电池
10.1 硅基异质结(SHJ)太阳电池
10.2 选择性发射极太阳电池
10.3 浅结密栅太阳电池
10.4 铜线主栅太阳电池
10.5 PERC、PERL和PERT结构太阳电池
10.6 黑硅太阳电池
10.7 叉指式背接触(IBC)太阳电池
10.8 隧道氧化钝化接触(TOP-Con)太阳电池
10.9 双面电池与组件
参考文献
第11章 太阳电池组件
11.1 太阳电池的串联和并联
11.2 太阳电池组件的结构
11.3 太阳电池组件的封装材料
11.4 太阳电池组件的封装工艺
11.5 太阳电池组件的电位诱发衰减(PID)效应
11.6 双面玻璃封装晶体硅太阳电池组件
11.7 特种太阳电池组件
11.8 太阳电池组件的性能测试
参考文献
第12章 太阳电池及其组件的测试
12.1 太阳辐射的基本特性
12.2 太阳模拟器
12.3 太阳电池的测试
12.4 太阳电池组件的性能测试
12.4.1 太阳电池组件的光电性能测试
12.4.2 太阳电池组件的设计鉴定和定型[4]
12.4.3 太阳电池组件的安全鉴定
12.4.4 太阳电池组件的其他试验
12.4.5 太阳电池组件的可靠性测试
12.5 太阳电池组件的室外测试
12.6 太阳电池和组件诊断测试
12.6.1 电致发光(EL)测试
12.6.2 光诱导电流(LBIC)测试
12.6.3 其他诊断测试方法
12.6.4 诊断测试性能分析举例
12.7 太阳电池和组件的认证
参考文献
在我看来,《晶体硅太阳电池制造工艺原理》不仅仅是一本关于技术制作的书,它更像是一部关于能源转型的史诗。作者用扎实的科学理论基础,结合对实际生产工艺的细致描绘,构建了一个完整的知识体系。我尤其欣赏书中对不同工艺步骤之间相互影响的分析,比如,制绒工艺的粗糙度会影响扩散层的均匀性,而扩散层的深度和掺杂浓度又会直接影响PN结的特性。这种系统性的思维方式,让我认识到太阳电池的制造是一个高度集成化、精密化的过程,任何一个环节的微小偏差都可能对最终产品的性能产生显著影响。书中对晶体硅材料的生长过程,无论是直拉法还是区熔法,都进行了详细的介绍,让我理解了如何控制温度梯度、生长速度等关键参数,来获得高质量的单晶硅棒,以及如何通过控制冷却速率来获得具有特定晶粒结构的块状多晶硅。这种对基础材料科学的深刻理解,是理解后续所有制造工艺的前提,也是这本书的价值所在。
评分坦白说,最初拿起《晶体硅太阳电池制造工艺原理》这本书,我并没有抱有多大的期待,觉得它可能只是又一本技术论文的合集。然而,当我深入阅读后,才发现它远超我的想象。作者的叙事方式非常引人入胜,他并没有一开始就抛出大量的公式和图表,而是从最基础的晶体硅材料的性质开始讲起,循序渐进地引导读者进入复杂的光伏制造世界。书中对硅的提纯过程,从冶金级硅到电子级硅,以及其中的化学反应和物理分离过程,都写得非常详细,让我认识到生产高纯度硅的难度和重要性。我还学习到了关于硅片切割的技术,例如线切割和内圆切割,以及它们对硅片厚度、表面质量和材料损耗的影响。书中还详细介绍了制绒工艺,理解了如何通过化学腐蚀或等离子刻蚀的方式,在硅片表面形成微小的金字塔形或碗状结构,以减少光的反射,提高光吸收效率。这种对每一个细节的深入剖析,让我对太阳电池的制造过程有了前所未有的认识。
评分这本书的魅力在于它能够让一个对光伏领域知之甚少的读者,逐渐建立起一个清晰而全面的认知体系。《晶体硅太阳电池制造工艺原理》的作者显然对这个领域有着深厚的积淀,他能够将一些非常复杂的概念,例如半导体材料的能带理论、PN结的形成机理、载流子输运等,用非常通俗易懂的方式解释清楚。书中对不同类型的晶体硅电池,例如单晶硅电池和多晶硅电池,在制造工艺上的区别和特点,都进行了详细的对比。我尤其对多晶硅电池的生长过程感到好奇,理解了如何通过控制铸锭过程中的冷却速度和晶种的选择,来获得具有不同晶界密度和晶粒取向的多晶硅块,以及这些微观结构的变化如何影响最终电池的光电性能。书中还探讨了如何通过退火、退镀等工艺来改善多晶硅电池的性能,这让我认识到,即使是看似“不完美”的多晶硅,通过精密的工艺调控,也能发挥出巨大的能量。
评分我一直对新能源技术领域抱有浓厚的兴趣,尤其是太阳能,因为它代表着一种清洁、可持续的未来。当我在书架上看到《晶体硅太阳电池制造工艺原理》时,立刻被它的主题所吸引。这本书的内容,与其说是一本教科书,不如说是一次对人类智慧与自然力量结合的精彩探索。作者以一种极具条理的方式,将复杂的光伏制造过程分解成一个个逻辑清晰的环节。从最初的硅提纯,到单晶或多晶硅棒的生长,再到硅片切割、制绒、扩散、钝化、丝网印刷电极,每一个步骤都仿佛在我眼前徐徐展开。我尤其对硅片的制绒过程印象深刻,理解了如何通过化学或物理方法在硅片表面形成纳米级的绒面结构,从而最大限度地减少光线的反射,增加光吸收效率,这其中的精妙设计让我惊叹不已。书中对各种工艺参数的探讨,例如扩散温度、时间、掺杂浓度等,以及这些参数如何影响PN结的形成和电池的电学性能,都写得非常到位。作者并没有回避其中的技术难点和挑战,而是积极地探讨解决这些问题的方法和最新的技术进展,这让我感到非常有启发。读这本书,就像是跟着一位经验丰富的导师,一步步走进光伏制造的车间,亲眼见证一块普通的硅片,如何一步步蜕变为能够捕捉阳光、转化能量的神奇器件。
评分对于我这样非专业背景的读者来说,《晶体硅太阳电池制造工艺原理》这本书提供了一个非常宝贵的窗口,让我得以窥探这个看似高深莫测的领域。作者的叙述风格并非一味地堆砌技术细节,而是将复杂的科学原理融入到生动的制造流程描述中。比如,在讲解P型和N型硅的形成时,作者会用非常形象的比喻,解释掺杂原子如何改变硅晶格的电子行为,从而产生“空穴”和“自由电子”,这种“电子的盈余”和“电子的缺失”所构成的内在电场,正是太阳电池能够产生电流的根本原因。书中还详细介绍了不同类型的晶体硅电池,例如PERC(钝化发射极和背面接触)电池、TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)电池等,以及它们在结构设计上的创新如何不断提升电池的转换效率。我特别关注了书中关于钝化层技术的部分,理解了为什么一层薄薄的氧化硅或氮化硅膜能够显著减少硅片表面的载流子复合,从而提高电池的输出功率。这种对细节的深入挖掘,以及对技术演进脉络的梳理,让我对太阳能电池的复杂性有了更深刻的认识,也更加体会到科技创新的力量。
评分我一直对科技的进步如何改变我们的生活充满好奇,而《晶体硅太阳电池制造工艺原理》这本书,正好满足了我这份求知欲。作者以一种清晰且引人入胜的方式,揭示了我们日常生活中已经司空见惯的太阳能电池,背后所蕴含的复杂而精密的制造工艺。书中对硅晶体生长的不同方法,例如柴氏法(CZ法)和区熔法(FZ法),以及它们各自的优缺点和适用范围,都进行了详细的阐述。我了解到,如何通过精确控制温度、坩埚旋转速度、籽晶拉升速度等参数,来获得高质量的单晶硅棒,其内部的晶格结构直接决定了最终电池的性能。书中还对多晶硅的制备过程进行了介绍,理解了如何通过铸锭工艺获得具有不同晶粒尺寸和取向的硅块,以及如何通过后续的退火等工艺来优化其性能。这种从基础材料的制备到最终产品的成型,作者都进行了细致的讲解,让我对“制造”这一过程有了全新的认识。
评分这是一本让我对“制造”二字有了全新理解的书。在阅读《晶体硅太阳电池制造工艺原理》的过程中,我不再仅仅是将它看作是一堆技术说明,而是将其视作一个精巧的科学工程。作者在描述每一个工艺环节时,都不仅仅停留在“怎么做”,更重要的是“为什么这么做”。例如,在讲解丝网印刷电极时,作者会详细阐述不同网孔尺寸、刮刀压力、印刷速度等参数如何影响金属浆料的附着力和导电性,以及如何通过优化这些参数来降低接触电阻,提高电池的效率。书中对于不同金属浆料(如银浆、铝浆)的成分、特性以及它们在印刷过程中的行为,都进行了深入的剖析。我还学到了关于激光开槽、背面接触等先进的电池结构和制造技术,这些技术如何进一步减少表面复合,提高光电转换效率,都让我大开眼界。读这本书,让我感受到一种将科学原理转化为实际产品的强大力量,也让我更加尊敬那些在制造一线默默奉献的工程师们。
评分这本书的独特之处在于,它能够将一个看似冰冷的技术过程,描绘得充满生命力。《晶体硅太阳电池制造工艺原理》不仅仅是关于制造的“术”,更是关于原理的“道”。作者在探讨丝网印刷电极时,会深入分析金属浆料的成分、粘度、流变性等参数如何影响印刷质量,以及不同电极栅线的设计如何平衡导电性能和遮光损失。我还了解到,为了进一步提升电池效率,研究人员不断开发新的电极技术,例如激光划线、背面接触等。书中对不同类型晶体硅电池的结构特点,例如单晶硅电池的均匀性高、多晶硅电池的成本相对较低,以及各种先进电池结构(如PERC、TOPCon)如何通过优化设计来克服传统电池的局限性,都进行了详尽的介绍。这种对技术演进和创新思路的梳理,让我对太阳能电池的未来发展充满了期待。
评分《晶体硅太阳电池制造工艺原理》这本书,就像一位循循善诱的老师,带领我一步步探索太阳能电池的奥秘。作者在讲解扩散工艺时,不仅仅是介绍了如何通过高温炉进行掺杂,而是深入分析了不同掺杂剂(如磷、硼)的扩散机制,以及温度、时间和掺杂剂浓度等因素如何影响PN结的深度、掺杂均匀性和漏电流。我还了解到,为了实现高效的电池性能,还需要进行场氧化、掩膜等工艺步骤,以精确控制掺杂区域的范围,减少漏电损失。书中对钝化工艺的描述也让我印象深刻,理解了为什么在硅片表面形成一层氮化硅或氧化硅薄膜,能够有效地减少表面载流子复合,提高电池的开路电压和填充因子。这种对工艺细节的深入挖掘,以及对每一个步骤的科学原理的清晰解释,让我对太阳电池的制造过程有了更为深刻的理解。
评分一本偶然翻到的书,书名是《晶体硅太阳电池制造工艺原理》。翻开之前,我以为这会是一本枯燥乏味的纯技术手册,充斥着各种晦涩难懂的公式和专业术语,读起来会像是在啃一本字典。然而,当我真正沉浸其中,却发现它远比我想象的要生动和有深度。作者并没有一开始就抛出冷冰冰的参数表,而是从晶体硅太阳电池的宏观发展历程讲起,它如何从实验室的蹒跚学步,一步步成长为影响全球能源格局的重要力量,其中所经历的技术革新、成本下降的艰辛,以及背后无数科学家和工程师的智慧与汗水,都通过作者细腻的笔触娓娓道来。我仿佛看到了那个时代背景下,人们对清洁能源的迫切需求,以及科技进步如何一步步将不可能变为可能。书中对不同晶体硅材料(单晶硅、多晶硅)的特性、形成机理以及它们在制造过程中的区别和选择,都进行了深入浅出的阐述。这部分内容尤其让我着迷,因为它揭示了基础材料科学如何直接决定了最终产品的性能和成本。作者并非简单地罗列优缺点,而是会追溯到原子层面的排列和电子的运动,去解释为什么某种材料表现出特定的导电性或光学特性,这种由微观到宏观的讲解方式,让原本抽象的理论变得触手可及,也让我对“晶体”这个概念有了全新的认识。它不再仅仅是课本上的一个名词,而是承载着能量转换使命的精密结构。
评分很不错的一本书,讲的很专业,有些内容不是很懂
评分还没怎么看,主要在于拓展后一道工序的东西
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