不同背接触结构高转化效率CdTe薄膜太阳能电池的制备与研究

发布时间：2018-04-03 13:59

  本文选题：CdTe　切入点：CdS　出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：在光伏产业中,CdTe是最具有经济效益与前景的太阳能电池半导体材料之一。CdTe是一种直接带隙半导体,禁带宽度为1.45 eV,对太阳光谱的响应处在较理想的光谱波段,对可见光的吸收系数高达105 cm-1,只需要约2微米的厚度就可以吸收入射光中99%的能量高于其禁带宽度的光子,材料消耗极少。单结CdTe薄膜太阳电池的理论光电转换效率高达29%。目前,小面积CdTe太阳电池的最高转换效率为22.1%,电池组件的最高转换效率为18.6%。然而,由于CdTe材料本身特性的限制和对器件物理机制理解的匮乏,制备高效稳定的CdTe太阳电池仍然存在很多问题需要解决,如:CdTe薄膜中较低的载流子浓度,P型CdTe半导体较高的功函数,高质量P-N结的制备工艺,CdS窗口层中光子的吸收损耗,掺杂对CdTe太阳电池稳定性的影响等。本论文主要研究高效率CdTe薄膜太阳电池的制备及相关问题。第一章,主要介绍了太阳电池的发展背景和历史,阐述了太阳电池的结构、原理和输出特性。总结了 CdTe电池的制备工艺,并对CdS、CdTe材料物理性能进行了研究。第二章,讨论了高转换效率CdTe薄膜太阳电池的制备步骤。CdTe薄膜电池的结构为Glass/SnO2:F/N-CdS/P-CdTe/Cu-Au。CdS窗口层通过化学水浴法制备,CdTe通过近空间升华法制备。为制备出高质量的P-N结,对CdS层进行热处理时,通过调节气氛,提高了 CdS的结晶程度,减少了 CdS表面的过度氧化,促进了 CdS/CdTe界面处互扩散。第三章,基于金属氧化物CuO作为CdTe薄膜电池背接触电极的制备研究。在CdTe电池制备中,背接触层要具备低电阻率、高功函数、热稳定等特征。CuO作为CdTe电池背电极缓冲层有效降低了 CuO/CdTe界面处的接触势垒,电池效率可达12.2%。同时,包含CuO缓冲层的Cu/CuO/metal背接触结构可以大大减少Cu的用量,减少背电极中杂质元素向CdTe中的扩散,提高了电池的稳定性。第四章,基于碳纳米纤维(CNFs)作为CdTe薄膜电池背接触电极的制备研究。CNFs具有优越的电学与光电性能。X射线光电子能谱(XPS)测量结果表明,CNFs能显著降低CNF/CdTe界面处的接触势垒。包含CNFs缓冲层的Cu/CNFs/metal背接触结构可以大大减少Cu的用量,减少背电极中Cu元素向CdTe中的扩散,提高了电池的稳定性。同时,电池效率可达11.3%。第五章,超薄CdTe太阳电池的制备与研究。电池结构为FTO/CdS/CdTe/TMO/Metal。TMO为过度金属氧化物。CdTe吸收层厚度控制在0.5-1 um之间,实验结果表明CdTe为1μm厚度时,电池效率已稳定可靠。在制备高质量超薄CdTe层过程中,CdC12热处理过程起着重要作用。同时,研究了不同金属氧化物(V205、NiO、CuO)作为电池背电极缓冲层对电池性能的影响,其中具有CuO背电极结构的电池效率可达6.84%。金属氧化物作为超薄CdTe太阳电池背接触缓冲层能有效提高电池稳定型。第六章,对本论文进行了概括总结,对CdTe薄膜太阳电池的前景进行了展望。
[Abstract]:In the photovoltaic industry, CdTe is one of the most economical and promising semiconductor materials for solar cells. CdTe is a direct bandgap semiconductor with a band gap of 1.45 EV, and the response to the solar spectrum is in an ideal spectral band.The absorption coefficient of visible light is up to 105 cm ~ (-1), and the energy of 99% of the incident light can be absorbed from the incident light with a thickness of about 2 渭 m. The energy of the incident light is higher than its band gap, and the material consumption is very small.The theoretical photoelectric conversion efficiency of single junction CdTe thin film solar cells is as high as 29.At present, the maximum conversion efficiency of small area CdTe solar cells is 22. 1 and the highest conversion efficiency of battery components is 18. 6.However, due to the limitation of the properties of CdTe materials and the lack of understanding of the physical mechanism of the devices, there are still many problems to be solved in the preparation of efficient and stable CdTe solar cells.For example, the lower carrier concentration and the higher work function of P-type CdTe semiconductor, the fabrication process of high quality P-N junction and the influence of doping on the stability of CdTe solar cell.In this paper, the preparation and related problems of high efficiency CdTe thin film solar cells are studied.In the first chapter, the development background and history of solar cells are introduced, and the structure, principle and output characteristics of solar cells are described.The preparation process of CdTe battery was summarized, and the physical properties of CdTe materials were studied.In the second chapter, the preparation steps of CdTe thin film solar cells with high conversion efficiency are discussed. The structure of CdTe thin film solar cells is prepared by chemical water bath method. The structure of Glass/SnO2:F/N-CdS/P-CdTe/Cu-Au.CdS thin film solar cells is prepared by near space sublimation method.In order to prepare high quality P-N junction, the crystallization degree of CdS was improved by adjusting the atmosphere during heat treatment of CdS layer, and the excessive oxidation of CdS surface was reduced, and the interdiffusion of CdS/CdTe interface was promoted.In chapter 3, the preparation of back contact electrode for CdTe thin film battery based on metal oxide CuO is studied.In the preparation of CdTe battery, the back contact layer should have the characteristics of low resistivity, high power function and thermal stability. As the buffer layer of the back electrode of the CdTe battery, the contact barrier at the CuO/CdTe interface can be effectively reduced, and the cell efficiency can reach 12.2.At the same time, the back contact structure of Cu/CuO/metal containing CuO buffer layer can greatly reduce the amount of Cu, reduce the diffusion of impurity elements in the back electrode to CdTe, and improve the stability of the battery.In chapter 4, the preparation of CNFs as the back contact electrode of CdTe thin film battery. The results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement show that CNFS can significantly reduce the contact barrier at the CNF/CdTe interface.The back contact structure of Cu/CNFs/metal containing CNFs buffer layer can greatly reduce the amount of Cu, reduce the diffusion of Cu element from the back electrode to CdTe, and improve the stability of the cell.At the same time, the battery efficiency can reach 11. 3%.Chapter 5, preparation and research of ultra-thin CdTe solar cells.The structure of the cell is FTO/CdS/CdTe/TMO/Metal.TMO. The thickness of the absorption layer is between 0.5 ~ (-1) um. The experimental results show that the cell efficiency is stable and reliable when the thickness of CdTe is 1 渭 m.In the process of preparing high quality ultrathin CdTe layer, the heat treatment process of C12 plays an important role.At the same time, the effect of different metal oxides (V205) as the buffer layer on the performance of the battery was studied. The efficiency of the battery with the CuO back electrode structure can reach 6.84.Metal oxide as the back contact buffer layer of ultra-thin CdTe solar cells can effectively improve the stability of the cell.In chapter 6, the thesis is summarized and the prospect of CdTe thin-film solar cells is prospected.
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.42

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王龙;黄整;麻焕峰;强伟荣;潘敏;;First Principle Calculation for the Electronic Bands and Absorption of CdTe_(1-x)Sb_x[J];Journal of Southwest Jiaotong University(English Edition);2010年04期

2 王钊;黎兵;郑旭;谢婧;黄征;刘才;冯良桓;郑家贵;;Deep level transient spectroscopy investigation of deep levels in CdS/CdTe thin film solar cells with Te:Cu back contact[J];Chinese Physics B;2010年02期

3 高文明,贾焕义;CdTe在高γ剂量率探测中的应用[J];核电子学与探测技术;1993年06期

4 郑华靖;张静全;;Preparation and Properties of CdTe Polycrystalline Films for Solar Cells[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2006年03期

5 夏庚培;郑家贵;冯良桓;蔡伟;蔡亚平;黎兵;李卫;张静全;武莉莉;雷智;曾广根;;CdTe多晶薄膜制备及后处理对CdS/CdTe界面的影响[J];真空科学与技术学报;2007年02期

6 ;Effect of ZnTe/ZnTe:Cu complex back-contact on device characteristics of CdTe solar cells[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2007年02期

7 曾广根;黎兵;郑家贵;李愿杰;张静全;李卫;雷智;武莉莉;蔡亚平;冯良桓;;近空间升华法氧气氛下CdTe源的性能[J];半导体学报;2008年01期

8 李峥;汪勇先;张国欣;韩彦江;;Luminescent properties dependence of water-soluble CdTe quantum dots on stabilizing agents and reaction time[J];Journal of Central South University of Technology;2010年06期

9 雷智;冯良桓;曾广根;李卫;张静全;武莉莉;王文武;;Influence of Cu_xS back contact on CdTe thin film solar cells[J];Journal of Semiconductors;2013年01期

10 李锦,郑毓峰,戴康,徐金宝,陈树义;近距离升华制备CdTe掺Te薄膜的结构与电性能研究[J];无机材料学报;2003年01期

相关会议论文 前10条

1 周咏东;方家熊;靳秀芳;王继元;汤定元;;CdTe的溅射生长及其对n-HgCdTe光导器件的表面钝化[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

2 彭娟娟;王雷;刘正文;何佑秋;;光谱法研究CdTe量子点与糜蛋白酶的相互作用(英文)[A];第六届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2009年

3 郭轶;孙卓;徐跃;徐力;;CdTe荧光量子点标记碱性蛋白酶[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年

4 陈国良;周剑章;林仲华;张彦;韩雅娟;;碱性体系中CdTe电沉积和剥离过程的电化学性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（下集）[C];2005年

5 ;pH-sensitive Photoluminescence for Aqueous Thiol-capped CdTe Nanocrystals[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

6 ;Homogeneous Fluorescence-Based Immunoassay via Inner Filter Effect of Gold Nanoparticles on Fluorescence of CdTe Quantum Dots[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年

7 张虎成;李方方;杜可禄;李艳君;刘志刚;王键吉;;甘油-水混合溶剂中离子液体对纳米结构CdTe的调控合成[A];河南省化学会2012年学术年会论文摘要集[C];2012年

8 张虎成;李方方;杜可禄;李艳君;刘志刚;王键吉;;功能化离子液体对CdTe发光性能的调控作用研究[A];中国化学会成立80周年第十六届全国化学热力学和热分析学术会议论文集[C];2012年

9 李萍萍;刘绍璞;刘忠芳;何佑秋;;GSH-CdTe量子点作探针荧光法检测原卟啉钠[A];第十七届全国分子光谱学学术会议论文集[C];2012年

10 李银萍;李保新;;体系中包被试剂对CdTe QDs荧光的增强作用[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 Hafiz Tariq Masood;不同背接触结构高转化效率CdTe薄膜太阳能电池的制备与研究[D];中国科学技术大学;2017年

2 李军;发光CdTe纳米晶的合成、组装、复合及应用[D];吉林大学;2004年

3 余雪娇;CdTe、Zn_xCd_(1-x)Se和碳量子点的合成及其应用研究[D];北京化工大学;2014年

4 王红玉;表面等离激元增强的CdTe量子点荧光特性研究[D];南京大学;2016年

5 魏芳弟;基于量子点表面分子印迹技术的多通道快速测定神经递质[D];南京医科大学;2016年

6 汤凯;基于氧化物衬底的CdTe单晶薄膜的分子束外延制备及外延机制[D];华东师范大学;2016年

7 赵奎;水溶性CdTe纳米晶的合成及表面性质研究[D];吉林大学;2007年

8 薛梅;基于水溶性CdTe纳米晶功能荧光探针的设计、合成及分析应用[D];山东师范大学;2012年

9 吕斌;CdTe薄膜电池器件制备及相关材料研究[D];南京大学;2012年

10 李倩;电化学沉积法制备CdTe/CdS薄膜太阳能电池及性能研究[D];吉林大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 张颖;聚乙烯亚胺功能化的生物材料去除CdTe量子点和酸性品红的研究[D];西南大学;2015年

2 肖臻;巯基乙醇修饰的CdTe量子点的制备及其改性研究[D];云南民族大学;2015年

3 梁万军;荧光、共振瑞利散射光谱法研究CdTe量子点与抗生素和DNA的相互作用及分析应用[D];西南大学;2015年

4 王书源;水溶性CdTe量子点的制备及用于Cu~(2+)的检测[D];中南林业科技大学;2015年

5 张婷;离子液体辅助合成的CdTe纳米晶对离子/分子响应的选择性[D];河南师范大学;2015年

6 周yN璇;纳米金和CdTe量子点体系作用机制研究[D];河南师范大学;2015年

7 郭宝库;CdTe/CdS异质结的电化学制备及其光电性能研究[D];北京化工大学;2015年

8 李荣霞;蛋白包覆的作用模式对CdTe量子点光稳定性及细胞毒性的影响[D];山西大学;2014年

9 黄艳妮;CdTe量子点复合材料的制备及其荧光性能研究[D];北京化工大学;2015年

10 吴雪;CdTe量子点靶向检测宫颈癌E6/E7纳米探针的制备及应用[D];新乡医学院;2014年

，

本文编号：1705493