本書將光伏材料的相關專業(yè)基礎知識分為光伏材料物理和光伏材料化學兩部分，其中“光伏材料物理實用基礎篇”側重介紹光伏材料的分類、特性、結構理論、能帶理論、發(fā)電理論；而“光伏材料化學實用基礎篇”則以太陽能電池的工藝生產(chǎn)過程為主線，將其中涉及的化學原理、化學藥品、化學反應及安全操作等內(nèi)容逐一介紹。
光伏產(chǎn)業(yè)是國際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)后又一爆炸式發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。利用太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為新能源利用的蓬勃發(fā)展的潮流，截至2015年年底，我國光伏發(fā)電累計裝機容量達4318萬千瓦，成為全球光伏發(fā)電裝機容量的國家。光伏材料的理化性質(zhì)和光電轉換效率是影響光伏發(fā)電效率的重要因素之一，因此作為高職高專太陽能光伏專業(yè)類的學生，學習和了解光伏材料的理化特性具有重要意義。
光伏材料的制備及操作需要很多物理化學專業(yè)的知識，本書針對高職高專院校光伏材料技術相關專業(yè)學生的特點，本著“應用為主、夠用為度”的原則編寫，編寫過程中盡量減少復雜繁瑣的公式和理論推導，減少理論化的抽象講解，盡量采用通俗易懂的語言講述，深入淺出地介紹半導體材料的物理及化學基礎知識和相關操作技能。
本書共分為上下兩篇，分別為物理實用基礎篇和化學實用基礎篇，共十五個模塊。上篇主要介紹了光伏材料的基本物理特性及相關應用理論，為學生后續(xù)學習專業(yè)課程打下基礎；下篇主要介紹光伏材料的化學應用原理和相關化學品的特性等，為相關的操作提供理論支撐和操作安全指導，同時提高高職高專學生的在光伏材料制備操作中的安全防護意識。
本書由樂山職業(yè)技術學院梅艷、葉常瓊任主編，張東、賈曦任副主編，梅艷和葉常瓊負責全書主要內(nèi)容的編寫工作，張東、賈曦負責實訓部分及思考題的編寫工作，楊莉頻、胡小冬、鄧豐參加了本書的編寫工作。
限于筆者水平和經(jīng)驗，書中可能存在疏漏和不足之處，敬請廣大讀者批評指正，以便我們今后對本書不斷修改和完善。
編者
2016年5月
上篇光伏材料物理實用基礎篇 / 1
模塊一光伏材料基礎2
1.1光伏材料的分類2
1.1.1硅材料2
1.1.2化合物半導體薄膜材料3
1.2半導體材料的物理特性4
1.2.1半導體材料的共性4
1.2.2硅材料的特殊物理性質(zhì)4
1.2.3化合物半導體材料的特殊性質(zhì)5
實訓一采用四探針測試儀測量硅材料的電阻7
思考題8
模塊二晶體結構與缺陷9
2.1晶體的構造9
2.1.1晶體與非晶體9
2.1.2晶體的格子構造9
2.1.3晶胞與14種空間結構9
2.2晶體的特性11
2.2.1晶體的規(guī)則外形11
2.2.2晶體的固定熔點11
2.2.3晶體的各向異性12
2.2.4晶體的解理性13
2.2.5晶體的穩(wěn)定性13
2.3典型的晶體結構13
2.3.1晶體的分類13
2.3.2半導體材料的典型結構13
2.4晶面、晶向15
2.4.1晶面指數(shù)15
2.4.2晶向指數(shù)15
2.4.3晶面間距15
2.4.4晶面夾角15
2.5晶體缺陷16
2.5.1點缺陷16
2.5.2線缺陷17
2.5.3面缺陷17
2.5.4體缺陷19
實訓二采用X射線衍射法測試硅片的表面取向19
思考題20
模塊三雜質(zhì)與缺陷能級21
3.1能帶的形成21
3.1.1電子的共有化21
3.1.2能級、能帶、能隙21
3.1.3導體、半導體、絕緣體的能帶結構22
3.2半導體中的雜質(zhì)與摻雜22
3.2.1半導體純度的表示22
3.2.2半導體的雜質(zhì)效應及影響22
3.2.3半導體的摻雜與型號23
3.2.4電子、空穴的產(chǎn)生24
實訓三傅里葉紅外光譜儀測試硅晶體中雜質(zhì)含量24
思考題25
模塊四熱平衡狀態(tài)下的載流子和非平衡狀態(tài)下的載流子26
4.1熱平衡狀態(tài)下的載流子26
4.1.1費米分布函數(shù)26
4.1.2狀態(tài)密度27
4.1.3導帶電子濃度和價帶空穴濃度27
4.1.4本征半導體的載流子濃度28
4.1.5摻雜半導體的載流子濃度28
4.2非平衡狀態(tài)下的載流子29
4.2.1非平衡載流子的產(chǎn)生與復合29
4.2.2非平衡載流子的壽命30
實訓四采用少子壽命儀測量硅片的少子壽命30
思考題31
模塊五P-N結32
5.1P-N結的形成32
5.1.1載流子的擴散運動32
5.1.2載流子的飄移運動32
5.2P-N結的制備及雜質(zhì)分布圖33
5.3P-N結的能帶結構及接觸電勢33
5.4P-N結的特性34
5.4.1P-N結的電流電壓特性34
5.4.2P-N結的電容特性34
5.4.3P-N結的擊穿效應34
5.4.4P-N結的光伏效應35
思考題35
下篇光伏材料化學實用基礎篇 / 36
模塊六光伏材料化學特性37
6.1硅及其重要化合物37
6.1.1硅37
6.1.2二氧化硅41
6.1.3氮化硅42
6.1.4碳化硅42
6.1.5四氯化硅43
6.1.6三氯氫硅43
6.1.7硅酸44
6.1.8硅烷44
6.1.9鍺45
6.2GaAs45
6.3CdTe薄膜材料的工藝化學原理46
思考題47
模塊七外延工藝化學原理48
7.1外延工藝中氣相拋光原理48
7.2外延生長的化學原理49
7.3氫氣的純化50
7.3.1分子篩純化氫氣的原理50
7.3.2分子篩的類型和組成50
7.3.3分子篩的特性51
7.3.4分子篩的再生51
7.4常用的脫水劑(干燥劑)51
7.5脫氧劑——105催化劑52
7.6鈀管的純化原理53
7.7氫氣中其他雜質(zhì)的凈化劑53
模塊八化學清洗及純水的制備54
8.1化學清洗54
8.1.1硅片表面沾污的雜質(zhì)54
8.1.2化學清洗的原理55
8.1.3硅片清洗的一般步驟及注意事項60
8.2純水的制備60
模塊九硅片表面的化學機械拋光62
9.1表面拋光的分類62
9.2表面拋光的原理62
9.2.1鉻離子化學機械拋光62
9.2.2二氧化硅膠體化學機械拋光62
模塊十半導體材料化學腐蝕原理64
10.1化學腐蝕的原理64
10.1.1半導體材料的腐蝕64
10.1.2二氧化硅的腐蝕65
10.1.3氮化硅的腐蝕66
10.1.4金屬的腐蝕66
10.2影響化學腐蝕的因素68
模塊十一擴散制結化學原理70
11.1擴散基本理論70
11.1.1擴散雜質(zhì)的選擇70
11.1.2擴散原理71
11.2磷擴散化學原理73
11.2.1液態(tài)源73
11.2.2氣態(tài)源75
11.2.3固態(tài)源75
11.3硼擴散化學原理75
11.3.1液態(tài)源76
11.3.2固態(tài)源77
11.3.3氣態(tài)源77
模塊十二刻蝕工藝化學原理79
12.1光刻79
12.2聚乙烯醇肉桂酸酯光刻膠80
12.3光刻工藝的化學原理82
12.4其他光致抗蝕劑的介紹84
模塊十三表面鈍化和鍍減反射膜的化學原理88
13.1二氧化硅鈍化膜88
13.2磷硅玻璃鈍化膜91
13.3氮化硅鈍化膜92
13.4三氧化二鋁鈍化膜94
模塊十四絲網(wǎng)印刷98
14.1絲網(wǎng)印刷的漿料組成98
14.2絲網(wǎng)印刷制備電極的原理99
14.3絲網(wǎng)印刷化學品的防護101
模塊十五化學儲能電池104
15.1鉛酸蓄電池104
15.2鋰離子電池107
15.3鎳氫電池108
參考文獻110
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