太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(尹建华)(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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尹建华，李志伟 著

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• 第二版

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出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122127273

商品编码：29624116913

包装：平装

出版时间：2012-02-01

基本信息

书名：太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(尹建华)(第二版)

定价：29.00元

作者：尹建华,李志伟

出版社：化学工业出版社

出版日期：2012-02-01

ISBN：9787122127273

字数：

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　《太阳能光伏产业：半导体硅材料基础（第2版）》共分12章，较全面地讲述了有关硅材料的基本知识。内容包括硅材料的发展史与当前的市场状况；半导体材料的基本性质；晶体结构及其结构缺陷；能带理论的基本知识；pn结和金属半导体接触的特性；硅材料的制备；化合物半导体材料的基本特性及用途；硅材料的加工。重点讲述了制备高纯多晶硅的三氯氢硅氢还原法，制备硅单晶的直拉法和浇铸多晶硅的制备方法以及杂质在硅中的特性；砷化镓材料的特性和制取方法。《太阳能光伏产业：半导体硅材料基础（第2版）》易懂、实用，可作为本科和高职院校硅材料技术专业的教材和从事硅材料生产的技术工人的培训教材，也可供相关专业工程技术人员学习参考。

目录

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章 概论
　1.1 硅材料工业的发展
　1.2 半导体市场及发展
　1.3 中国新建、扩建多晶硅厂应注意的问题
　本章小结
　习题
第2章 半导体材料的基本性质
　2.1 半导体材料的分类及性质
　2.2 硅的物理化学性质
　2.3 硅材料的纯度及多晶硅标准
　本章小结
　习题
第3章 晶体几何学基础
　3.1 晶体结构
　3.2 晶向指数
　3.3 晶面指数
　3.4 立方晶体
　3.5 金刚石和硅晶体结构
　3.6 倒格子
　本章小结
　习题
第4章 晶体缺陷
　4.1 点缺陷
　4.2 线缺陷
　4.3 面缺陷
　4.4 体缺陷
　本章小结
　习题
第5章 能带理论基础
　5.1 能带理论的引入
　5.2 半导体中的载流子
　5.3 杂质能级
　5.4 缺陷能级
　5.5 直接能隙与间接能隙
　5.6 热平衡下的载流子
　本章小结
　习题
第6章 pn结
　6.1 pn结的形成
　6.2 pn结的制备
　6.3 pn结的能带结构
　6.4 pn结的特性
　本章小结
　习题
第7章 金属半导体接触和MIS结构
　7.1 金属半导体接触
　7.2 欧姆接触
　7.3 金属绝缘层.半导体结构（MIS）
　本章小结
　习题
第8章 多晶硅材料的制取
　8.1 冶金级硅材料的制取
　8.2 高纯多晶硅的制取
　8.3 太阳能级多晶硅的制取
　本章小结
　习题
第9章 单晶硅的制备
　9.1 结晶学基础
　9.2 晶核的形成
　9.3 区熔法
　9.4 直拉法
　9.5 杂质分凝和氧污染
　9.6 直拉硅中的碳
　9.7 直拉硅中的金属杂质
　9.8 磁拉法
　9.9 CCz法
　本章小结
　习题
0章 其他形态的硅材料
　10.1 铸造多晶硅
　10.2 带状硅材料
　10.3 非晶硅薄膜
　10.4 多晶硅薄膜
　本章小结
　习题
1章 化合物半导体材料
　11.1 化合物半导体材料特性
　11.2 砷化镓（GaAs）
　本章小结
　习题
2章 硅材料的加工
　12.1 切去头尾
　12.2 外径滚磨
　12.3 磨定位面（槽）
　12.4 切片
　12.5 倒角（或称圆边）
　12.6 研磨
　12.7 腐蚀
　12.8 抛光
　12.9 清洗
　本章小结
　习题
附录
　附录A 常用物理量
　附录B 一些杂质元素在硅中的平衡分凝系数、溶解度
　附录C 真空中清洁表面的金属功函数与原子序数的关系
　附录D 主要半导体材料的二元相图
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《太阳能光伏产业——半导体硅材料基础（第二版）》图书简介 一、 核心内容概览 本书深入浅出地解析了太阳能光伏产业中最为关键的基石——半导体硅材料。作为光伏发电的核心载体，硅材料的特性、制备、纯化、晶体生长、切片以及相关的物理化学原理，直接决定了光伏电池的效率、稳定性和成本。本书第二版在第一版的基础上，进一步整合了近年来半导体硅材料领域的最新研究进展、技术突破和产业发展趋势，旨在为读者构建一个全面、系统、深入的知识体系。 本书内容涵盖了从硅元素的基本性质，到高纯度多晶硅的生产工艺，再到单晶硅和多晶硅晶体生长的理论模型与实际操作；从硅片（wafer）的制备技术，到硅材料的缺陷表征与控制；从硅材料的电学和光学特性，到其在光伏电池中的应用机理。本书特别注重理论与实践的结合，通过翔实的图表、数据和案例，帮助读者理解复杂的技术细节，掌握核心的技术要点。 二、 详细内容解读 1. 硅元素的基础 硅的物理化学性质： 详细介绍硅作为半导体材料的基本属性，包括其原子结构、电子排布、晶体结构（金刚石立方结构）、能带理论（直接带隙与间接带隙的差异及其对光电转换效率的影响）、导电类型（本征半导体、N型半导体、P型半导体）、载流子输运机制等。深入阐述硅原子在不同环境下的化学反应性，以及其作为一种元素在自然界中的分布和获取。 硅与光伏效应： 解释光生伏特效应的物理基础，即光子能量如何被半导体材料吸收，激发电子-空穴对，并在内建电场的作用下分离，形成光电流。重点分析硅材料作为光伏电池材料的优势，如其带隙宽度适中、丰度高、易于加工等。 2. 高纯度多晶硅的制备 原料来源与预处理： 介绍冶金级硅的生产方法，以及从冶金级硅到半导体级硅的提纯过程。详细讲解电子束熔炼、等离子体处理等预提纯技术。 化学气相沉积（CVD）法： 这是目前工业生产高纯度多晶硅的主流技术。本书将深入剖析多种CVD工艺，包括： 西门子法（Siemens process）： 详细介绍其反应机理，主要涉及三氯氢硅（SiHCl3）或四氯化硅（SiCl4）作为前驱体，在加热的硅芯上沉积。重点阐述反应温度、压力、气体流速、前驱体纯度等关键工艺参数对多晶硅纯度和形貌的影响。 流化床反应器（FBR）法： 介绍其原理和优势，如能耗低、产量大、易于连续化生产。详细讨论流化床中硅颗粒的生长过程、催化剂的作用、以及产品质量控制。 其他CVD方法： 简要介绍如硅烷（SiH4）法等，分析其特点和潜在应用。 提纯技术与杂质控制： 详细讲解在CVD过程中，如何通过精确控制反应条件、选择合适的载气和添加剂，有效去除金属杂质（如Fe, Cu, Ni, Cr等）、非金属杂质（如B, P, C, O, N等）以及氢、氯等元素。阐述区域熔炼、真空蒸馏等辅助提纯技术。 多晶硅的表征： 介绍对多晶硅产品质量进行检测的方法，包括电导率测量、金属杂质检测（如ICP-MS）、氧含量和碳含量检测（如FTIR）、晶粒尺寸和取向分析（如EBSD）等。 3. 硅晶体生长 晶体生长理论： 讲解晶体生长的基本原理，包括过饱和度、固液界面、原子沉积、形核与长大过程。分析界面不稳定性（如马兰戈尼效应对单晶生长影响）。 单晶硅生长技术： 直拉法（Czochralski, CZ）： 这是目前工业化生产太阳能级单晶硅的主流方法。本书将详细介绍CZ法的工艺流程，包括坩埚材料选择、熔体配制、籽晶选择与引入、拉晶过程（温度梯度控制、旋转速率、提升速率）、晶体直径控制、肩部与直拉段的形成、以及晶体冷却。重点分析杂质（如氧、碳）在CZ过程中的行为及其对单晶质量的影响。 区熔法（Float Zone, FZ）： 介绍其原理和特点，特别是在制备高纯度、低氧单晶硅方面的优势，以及在半导体集成电路领域的应用。分析其在光伏领域的局限性（成本较高）。 多晶硅晶体生长技术： 铸造法（Casting）： 详细介绍铸造多晶硅的工艺流程，包括熔炼、晶界控制（通过晶模、冷却速率、添加剂等）、晶体凝固。分析铸造多晶硅的优点（成本低、产量大）和缺点（晶粒尺寸不均、晶界多、位错密度高）。 晶体质量与缺陷控制： 深入探讨晶体生长过程中可能产生的各种缺陷，如位错（螺位错、刃位错）、孪晶界、空洞、夹杂物（如碳化物、氧化物）、体缺陷（如氧沉淀）等。分析这些缺陷对硅材料电学性能和光伏电池效率的影响。介绍通过优化生长工艺参数来控制缺陷密度的方法。 4. 硅片（Wafer）的制备 晶体切割技术： 线锯切割（Wire Sawing）： 这是目前主流的硅片切割技术。详细介绍其原理，包括金刚石线（金刚石颗粒附着在钢丝上）与硅体之间的研磨作用。分析不同类型的线锯（如外加载荷线锯、内加载荷线锯）及其特点。重点讲解切割过程中的切削液、金刚石粒度、线速度、张力等关键工艺参数对切割效率、表面粗糙度和切割损耗的影响。 内径切割（Inner Diameter Sawing）： 简要介绍其原理和应用，以及其在厚片切割方面的优势。 硅片加工与表面处理： 外延生长（Epitaxy）： 介绍在硅片表面生长一层具有特定掺杂浓度和晶体结构的硅薄膜，以改善电池性能。 表面化学机械抛光（CMP）： 讲解CMP工艺在去除表面损伤、获得光滑镜面般的硅片表面的重要性。 表面清洗与钝化： 介绍常用的清洗方法，以及表面钝化技术（如氧化、氮化硅沉积）以减少表面复合。 硅片的类型与规格： 介绍不同类型的硅片，如单晶硅片（M-Si, P-Si）、多晶硅片（Poly-Si），以及不同厚度、尺寸（如156mm x 156mm, 182mm x 182mm, 210mm x 210mm等）的规格。 5. 硅材料的电学和光学特性 电学特性： 掺杂与载流子浓度： 详细讲解硼（B）和磷（P）等掺杂剂在硅中的扩散行为，以及如何控制掺杂浓度来形成PN结。 载流子迁移率与寿命： 分析不同温度、掺杂浓度和晶体质量对载流子迁移率和寿命的影响。强调长载流子寿命对于提高光伏电池效率的重要性。 电阻率： 介绍电阻率的测量方法，以及其与掺杂浓度的关系。 光学特性： 反射率与吸收系数： 阐述硅材料的光谱反射率和吸收系数，以及如何利用这些特性来优化光伏电池的光吸收。 抗反射涂层（ARC）： 介绍SiNx、TiO2等材料作为ARC的应用，以及其优化光能利用的机理。 6. 硅基光伏电池的基础 PN结的形成与特性： 深入解析PN结的电场分布、势垒高度、扩散电流和漂移电流。 光伏电池的工作原理： 结合硅材料的特性，详细解释光伏电池如何将光能转化为电能。 关键性能参数： 讲解开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、填充因子（FF）和转换效率（η）等参数的物理意义，以及它们如何受到硅材料特性和电池结构设计的影响。 主流硅基电池结构： 简要介绍PERC、TOPCon、HJT等主流电池结构的原理和优势，并说明其对硅材料提出的新要求。 三、 目标读者与本书价值 本书的目标读者群广泛，包括但不限于： 光伏产业从业者： 太阳能电池和组件生产企业的工程师、技术人员、研发人员，以及从事硅材料供应、加工和检测的专业人士。 高校和科研机构研究人员： 从事半导体材料、光电子学、能源科学等领域的研究生和博士后。 高校相关专业学生： 物理学、化学、材料科学、电子工程、能源工程等专业的本科生和研究生。 对太阳能光伏技术感兴趣的读者： 希望深入了解光伏产业核心技术的公众、投资者和决策者。 本书的价值在于： 系统性与前沿性： 提供了从基础理论到前沿技术的系统性知识框架，并及时更新了最新的产业动态和技术发展。 理论与实践结合： 强调理论的严谨性，并通过大量实例和图表，将理论知识与实际生产工艺相结合，易于理解和应用。 深度与广度兼备： 深入剖析了半导体硅材料的各个方面，同时覆盖了从硅元素到光伏电池的产业链条。 为产业发展奠定基础： 帮助读者深刻理解硅材料在光伏产业中的核心地位，为推动光伏技术的进步和产业的健康发展提供坚实的理论支撑。 通过学习本书，读者将能够： 全面掌握半导体硅材料的制备、生长、加工及其关键技术。 深入理解硅材料的电学和光学特性与光伏电池性能之间的关系。 了解当前硅基光伏电池技术的发展趋势和挑战。 提升在光伏产业中的专业知识和技术能力。 本书不仅是一本技术教科书，更是一部展现太阳能光伏产业发展脉络、洞察技术前沿的必读之作。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在光伏领域摸爬滚打多年的工程师，我一直认为扎实的理论基础是应对行业快速发展和技术迭代的关键。《太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(第二版)》以其严谨的学术态度和对行业前沿的敏锐洞察，为我提供了一个非常宝贵的学习平台。尹建华老师的讲解，不仅仅是停留在理论的梳理，更深入地探讨了不同工艺参数对硅材料性能的影响，以及这些性能变化如何最终体现在光伏电池的效率上。书中对各种制备工艺的详细描述，如单晶硅的拉晶过程、多晶硅的铸锭技术，以及后续的切片、制绒、扩散等关键步骤，都充满了实践的智慧。我特别关注了关于硅片表面形貌控制的部分，这直接关系到光线的吸收效率，书中通过对不同制绒方法（如碱制绒和酸制绒）的优缺点分析，以及对绒面结构形态的图解，让我对如何优化表面钝化和减反射有了更清晰的认识。此外，书中对硅材料中的杂质和缺陷的研究，也给了我很多启发，这对于理解电池性能衰减的原因以及如何提高电池的长期稳定性至关重要。总而言之，这是一本值得反复研读的专业书籍，它能够帮助我们更深入地理解光伏产业的核心技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我这种对太阳能光伏行业充满好奇，但又缺乏专业背景的初学者量身打造的！我一直对“光伏”这个词耳熟能详，但深究下去，总感觉隔着一层纱，尤其是当提到“半导体硅材料”时，更是云里雾里。尹建华老师的《太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(第二版)》就像一把钥匙，轻轻一拨，就打开了我的认知之门。从最基础的硅是什么，它为什么能用来发电，到更深层次的晶体结构、掺杂技术，这本书都用一种非常易懂的方式娓娓道来。我尤其喜欢书中对于一些专业术语的解释，不像教科书那样生硬，而是通过生活中的比喻或者形象的图示，让我能够迅速理解。例如，书中在解释晶体缺陷时，用了“小小的瑕疵”来形容，让我一下子就明白了它的影响。而且，这本书的编排也很合理，从宏观的产业背景切入，然后逐步深入到材料的微观世界，再回到宏观的应用，这种循序渐进的学习方式，让我感觉自己确实在一步步掌握知识，而不是被信息淹没。我发现，原来我们日常生活中随处可见的太阳能板背后，竟有如此精妙的科学原理在支撑，这让我对科技的力量有了更深的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

阅读《太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(第二版)》的过程，对我而言，更像是一场探索材料科学与能源未来之间深刻联系的奇妙旅程。尹建华老师的文字，既有科学家的严谨，又不失学者的风范，将原本可能枯燥晦涩的半导体硅材料知识，转化为引人入胜的篇章。我从书中了解到，硅，这个我们熟悉的元素，在经过一系列精密的科学处理后，竟然能够捕捉阳光中的能量，成为我们清洁能源的希望。书中对硅原子排列、晶体缺陷、掺杂浓度等基础概念的阐述，让我对半导体的“半”有了更深刻的理解——它是一种可以被精确调控的材料，其导电性能不像金属那样“全开”或像绝缘体那样“全关”，而是在某种程度上具有“开关”的功能，这正是光伏电池工作的核心原理。我尤其对书中关于“少子”和“空穴”的讨论印象深刻，它们就像太阳能电池中的“信使”，承载着能量的传递，它们的存在和数量的多少，直接决定了电池的发电能力。这本书让我看到了一个宏大的图景：从微观的硅原子，到宏观的太阳能电站，这一切都紧密相连，充满着智慧的结晶。

评分☆☆☆☆☆

每当我看到屋顶上闪闪发光的太阳能电池板，心中总会涌起一股好奇：这些神奇的装置究竟是如何工作的？《太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(第二版)》这本书，以一种非常令人满意的方式解答了我心中的疑惑，而且远超我的预期。尹建华老师用一种非常流畅的语言，将复杂的半导体物理学原理，化繁为简。我不再仅仅是看到一个“太阳能电池板”，而是开始理解它内部的“能量转换引擎”是如何运作的。书中对于“光电效应”的讲解，让我明白阳光是如何激发电子运动，从而产生电流的。我尤其喜欢书中关于PN结的讲解，它就像是太阳能电池的“心脏”，负责引导电子和空穴的流动。书中通过生动的比喻，让我清晰地理解了P型硅和N型硅是如何通过掺杂产生的，以及它们结合形成的PN结是如何实现单向导电的。这种由点及面、由表及里的讲解方式，让我感觉自己正在一点点地揭开太阳能技术的神秘面纱，并且对这项技术充满了信心和期待。这本书让我觉得，学习科学知识的过程，本身就是一件充满乐趣和启迪的事情。

评分☆☆☆☆☆

作为一个资深的行业评论员，我始终在寻找那些能够精准把握行业脉搏，并为从业者和投资者提供深刻见解的著作。《太阳能光伏产业--半导体硅材料基础(第二版)》无疑就是这样一本极具价值的书籍。尹建华老师在书中对半导体硅材料的深入剖析，不仅仅停留在技术层面，更是将技术与产业发展紧密结合。他清晰地梳理了从硅砂到高纯硅，再到硅片、电池片的完整产业链条，并对每个环节的关键技术瓶颈和未来发展趋势进行了预判。我特别欣赏书中对不同硅材料类型（如单晶硅、多晶硅、非晶硅）在成本、效率、应用场景等方面的对比分析，这对于理解当前光伏市场的竞争格局和技术路线选择至关重要。此外，书中对硅材料纯度要求、晶体生长技术、以及杂质控制等方面的探讨，也直接关联到光伏产品的性能和寿命，这对于评估投资风险和预测市场走向具有重要的参考意义。这本书并非仅仅是一本技术手册，更是一部关于如何将基础科学转化为产业力量的生动案例，它为理解光伏产业的未来发展提供了坚实的基础。