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碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池是一种极具开发潜力和应用价值的光伏能量转化器件。CdTe作为光吸收层,其光学带隙宽度为1.45-1.5 eV,与太阳光谱匹配较好,只需要2μm的厚度就可以吸收90%以上的太阳光辐射能。硫化镉(CdS)是直接带隙半导体材料,带隙宽度的理论值为2.42 eV,可以透过大部分可见光,是一种理想的窗口型材料。因此CdTe和CdS非常适合制备薄膜太阳能电池。尽管在过去十年中,CdTe太阳能电池制造取得了很大进展,但仍有一些关键问题有待解决。这些关键问题可以概括为以下几点:(1)如何实现CdTe的有效掺杂;(2)如何制备一种低接触电阻的电极;(3)如何制备窗口层CdS薄膜,使其满足以下要求:薄膜足够薄、均匀致密、附着性好及材料电阻低;(4)如何有效的控制CdS与CdTe接触面的互扩散问题。本文采用均相沉积的方法制备CdS薄膜。实验中以FTO为基底,氯化镉(CdCl2)提供镉源,硫脲(CS(NH2)2)提供硫源和尿素(CO(NH2)2)水解提供氢氧根离子来制备CdS薄膜。主要研究了水浴温度、CO(NH2)2浓度、镉(Cd)元素浓度、硫(S)元素浓度和沉积时间对制备CdS薄膜质量的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明,所制备的CdS薄膜属于六方晶系,为纤锌矿结构;以水浴温度为90℃,尿素浓度为1.5 M,镉硫浓度比为0.02 M:0.2 M和沉积时间为1 h,进行两次沉积的实验条件制备的薄膜平整均匀致密,适合作为CdTe薄膜电池的窗口层。把制备好的CdS薄膜应用于CdTe薄膜太阳能电池的制备中。在CdS薄膜上通过磁控溅射的方法制备CdTe薄膜,制备条件是压强设定为0.7 Pa,溅射功率设定为90 W,沉积时间为0.5 h,靶基距为7 cm,制备厚度约为1μm的CdTe薄膜。采用离子溅射仪在处理好的CdS/CdTe异质结薄膜表面直接镀金作为电极。研究了CdS薄膜厚度对薄膜电池效率的影响。通过实验研究发现,CdS薄膜厚度小于200nm在溅射CdTe薄膜时容易脱落。CdS薄膜厚度大于200nm时可能由于CdS薄膜吸光性能变强,导致太阳能电池的光电性能降低。研究了在不同环境下退火处理工艺对CdS薄膜的影响,以及对太阳能电池性能的影响。实验发现在不同退火环境下(空气、氮气、真空)对CdS薄膜进行退火会影响薄膜的电阻率,在氮气中退火CdS薄膜的电阻最小,太阳能电池的性能最好。研究了在氮气氛围下,退火温度对CdS/CdTe异质结薄膜的影响,400℃是最佳的退火温度。当温度高于400℃时,薄膜会出现孔洞,影响电池的光电性能。当温度低于400℃时,CdS与CdTe薄膜不能很好地结合在一起。研究了退火对电极制备的影响,通过实验发现对电极退火可以促进金电极与碲化镉薄膜的结合,退火温度为150℃时有利于改善电池性能。