太阳电池自1954年由贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，终于在今天因为石油价格一再攀升与环保意识逐渐高涨而成为一个新兴的光电产业。太阳电池无疑是再生能源中最佳的选择，现今的产品规格与制造成本还有很大的空间可以推展，材料与元件技术的研发将会是太阳电池产业决胜的关键。现今在风起云涌的建厂潮流中，需才孔急，产学研单位也多方进行量产和前瞻性的研究。

　　本书从基本原理到各种不同材料所制成的太阳电池均涵盖在内。书中的章节由导论开始，先介绍太阳电池元件的运作原理与设计，再分别就结晶硅材料之制备、单晶硅与多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、化合物半导体太阳电池(包括III-V、II-VI、I-III-VI等)、新型太阳电池(含染料敏化电池、有机材料、Hybrid、量子点结构)等分章介绍，期能借由多面向的材料制程与元件设计理念，让读者了解太阳电池研发过程的全貌。

本书特色

作者是学术界及产业界名人
本书受各界关注许久

作者简介

黄惠良

现职：国立清华大学电机工程学系暨电子工程研究所教授
学历：美国布朗大学电机博士

萧钖鍊

现职：东海大学物理系副教授
学历：清华大学电机博士

周明奇

现职：中山大学材料与光电科学学系副教授
学历：中佛罗里达大学电机博士

林坚杨

现职：云林科技大学电子工程研究所教授
学历：美国南加州大学电机博士

江雨龙

现职：国立中兴大学电机工程学系副教授
学历：国立清华大学电机博士

曾百亨

现职：中山大学材料与光电科学学系教授
学历：美国伊利诺大学材料博士

李威仪

现职：国立交通大学电子物理系教授
学历：美国威斯康辛大学电机博士

李世昌

现职：晶元光电股份有限公司 研发处 副处长
学历：国立交通大学电子物理博士

林唯芳

现职：国立台湾大学材料科学与工程研究所教授
学历：美国麻州大学高分子博士

第一章导论001
1.1太阳电池为什么那么重要？002
1.1.1市场前景002
1.1.2给小朋友的一段话005
1.2太阳电池发展的一些小（但很重要）的故事006
1.2.1太阳电池在美国的故事（也是J. J. Loferski的故事）006
1.2.2太阳电池在台湾的故事007
1.3台湾太阳电池产业之缘起与挑战008
1.3.1台湾太阳电池产业之发轫008
1.3. 2台湾太阳电池产业的挑战008
1.4太阳电池技术总论与评价009
1.5太阳电池产业未来致胜的策略013

第二章半导体太阳电池元件原理015
2.1前言016
2.2半导体物理基础019
2.2.1晶体结构020
2.2.2电子能带结构024
2.2.3能态密度及载子统计分布033
2.2.4施子（donor）与受子（acceptor）039
2.2.5光吸收046
2.2.6载子复合054
2.2.7传导及扩散069
2.3太阳电池基本原理078
2.3.1p-n接面二极体080
2.3.2少数载子扩散方程式087
2.3.3太阳电池的边界条件090
2.3.4载子产生率094
2.3.5电极端点特性098
2.4太阳电池特性与效率108
2.4.1电流－电压特性108
2.4.2生命期与表面复合效应116
2.4.3效率与能隙关系120
2.4.4频谱响应123
2.4.5寄生电阻125
2.4.6温度效应133
2.5结语134
参考文献135

第三章结晶硅材料之制备137
3.1前言138
3.2单晶硅的生长（Growth of Single Crystal Silicon）138
3.2.1柴式提拉法（Czochralski pulling technique, CZ）138
3.2.2浮区法（Floating zone technique, FZ）143
3.3多晶硅的生长（Growth of Polycrystalline Silicon）145
3.3.1坩锅下降法（Bridgman-Stockbarger method）145
3.3.2浇铸法（Casting method）148
3.3.3热交换法（Heat Exchange Method, HEM）149
3.3.4限边薄片状晶体生长法（Edge-defined film fed growth, EFG）153
3.4结语160
参考文献161

第四章单晶硅太阳电池163
4.1前言164
4.2电池结构设计考量166
4.2.1半导体材料的考量166
4.2.2光谱响应的考量166
4.2.3浅接面的考量167
4.2.4抗反射层（Antireflection Coating）的考量167
4.2.5表面钝化（Surface Passivation）的考量168
4.2.6粗糙化（Texture）结构的考量169
4.3高效率单晶硅太阳电池常见种类170
4.4射极钝化背面局部扩散（Passivated-Emitter and Rear-
Locally diffused, PERL）太阳电池170
4.5埋入式接点太阳电池（Buried-Contact Solar Cell, BCSC）172
4.6格栅（Grating）太阳电池174
4.7HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太阳电池175
4.8背面接点（Back Contact）太阳电池176
4.9点接触（Point-contact）太阳电池178
4.10OECO（Obliquely Evaporated Contact）太阳电池179
4.11金属绝缘层半导体（Metal-Insulator-Semicon-ductor,MIS）太阳电池180
4.12网版印刷（Screen Printing）太阳电池182
4.13单晶硅太阳电池之应用183
4.14结语193
参考文献194

第五章多晶硅太阳电池197
5.1前言198
5.2多晶硅太阳电池的结构考量199
5.2.1光封存（Light Trapping）技术199
5.2.2堆叠结构（Tandem Structure）202
5.2.3多晶硅的氢钝化（Hydrogen Passivation）203
5.2.4多晶硅的杂质吸附（Gettering）205
5.2.5多晶硅薄膜沉积技术206
5.3块材多晶硅太阳电池208
5.3.1块材多晶硅太阳电池的表面粗糙化208
5.3.2电池制程与特性215
5.4薄膜多晶硅太阳电池217
5.4.1表面粗糙/背反射面强化吸收（NSTAR）太阳电池217
5.4.2p-i-n堆叠式（p-i-n tandem）太阳电池222
5.5多晶硅太阳电池之应用226
5.6结语228
参考文献229

第六章氢化非晶硅太阳电池235
6.1前言236
6.2氢化非晶硅薄膜的制作237
6.2.1a-Si:H薄膜沉积239
6.3氢化非晶硅薄膜的特性240
6.4氢化非晶硅太阳电池原理248
6.5氢化非晶硅太阳电池制作249
6.5.1氢化非晶硅太阳电池的优缺点255
6.6结语261
参考文献262

第七章II-VI及I-III-VI族化合物半导体太阳电池267
7.1前言268
7.2II-VI和I-III-VI化合物半导体的材料特性269
7.2.1II-VI族化合物269
7.2.2I-III-VI2族化合物271
7.3II-VI族半导体太阳电池274
7.3.1CdTe薄膜制程275
7.3.2CdTe的电性与元件制程275
7.3.3CdTe薄膜太阳电池的未来发展280
7.4I-III-VI2族半导体太阳电池281
7.4.1CuInSe2之薄膜制程283
7.4.2CIGS高效率太阳电池的元件结构288
7.4.3CIGS太阳电池模组的量产制程291
7.4.4CIGS薄膜太阳电池的未来发展295
7.5结语300
参考文献301

第八章III-V族半导体太阳电池303
8.1前言304
8.2III-V族太阳电池的应用306
8.2.1在卫星上或是太空中使用306
8.2.2地表发电307
8.3太阳电池相关之III-V族半导体材料与磊晶技术308
8.3.1III-V族半导体材料简介308
8.3.2太阳电池相关之III-V族半导体材料310
8.3.3III-V半导体材料的磊晶方法介绍313
8.4单一接面III-V族半导体太阳电池321
8.4.1各种单一接面太阳电池所使用之材料321
8.4.2单一接面GaAs太阳电池323
8.4.3用于聚光模组的GaAs太阳电池329
8.5多接面叠合之III-V族半导体太阳电池331
8.5.1多接面太阳电池的理论331
8.5.2多接面太阳电池的分光方式与电能取出设计332
8.5.3双接面太阳电池：理想的能带隙的选择与从实际半导体材料观点考量335
8.5.4机械叠合双接面太阳电池的例子：GaAs/GaSb双接面太阳电池336
8.5.5串联、两电极端点的单石多接面太阳电池337
8.5.6GaInP2/GaAs/Ge三接面太阳电池341
8.6具潜力的III-V族半导体太阳电池新材料349
8.6.1利用InGaNAs材料制作GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四接面太阳电池350
8.6.2晶格不匹配的Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge三接面太阳电池351
8.6.3InGaN材料353
8.7结语354
参考文献355

第九章太空用太阳电池357
9.1前言358
9.2电池结构设计考量364
9.3太空光谱考量365
9.4抗辐射强化考量367
9.5热循环考量371
9.6高效率太空用太阳电池种类374
9.7单晶硅太阳电池375
9.8化合物太阳电池378
9.8.1砷化镓太阳电池特性378
9.8.2单接面GaAs太阳电池381
9.8.3多接面GaAs太阳电池386
9.8.4InP太阳电池394
9.9太空用太阳电池能板398
9.9.1坚固平板型阵列398
9.9.2可挠式平板型阵列399
9.9.3可挠式薄膜型阵列399
9.9.4集中型阵列400
9.10结语400
参考文献401

第十章新型太阳电池：染料敏化、有机、混成、量子点405
10.1前言406
10.2极高效能（>31%）新型太阳电池407
10.2.1叠层太阳电池（Tandam Cell）408
10.2.2多数电子—电洞对太阳电池（Multiple electron-hole pairs）409
10.2.3热载子太阳电池（Hot Carrier Cells）410
10.2.4多能带太阳电池（Multiband Cells）412
10.2.5热光太阳电池及热光元件413
10.3价廉大面积有机太阳电池414
10.3.1染料敏化太阳电池414
10.3.2全有机半导体太阳电池420
10.3.3高分子掺混碳六十及其衍生物之太阳电池423
10.3.4高分子掺混无机奈米粒子太阳电池426
10.3.5有机掺混材料太阳电池的效率430
10.3.6价格与成本讨论432
10.3.7电池寿命讨论433
10.4结语433
参考文献434

第十一章太阳电池之经济效益与未来展望439
11.1前言440
11.2太阳电池的经济效益441
11.2.1现有PV系统之耗能评估442
11.2.2未来PV系统之耗能评估445
11.3太阳电池的未来展望446
11.3.1产品开发与应用446
11.3.2太阳电池的研发趋向447
参考文献449