碲化镉薄膜太阳电池背场缓冲层及电池制备研究

发布时间：2018-05-21 17:48

  本文选题：碲化镉 + 薄膜　； 参考：《中国科学技术大学》2017年硕士论文

【摘要】：碲化镉(CdTe)是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。它是直接带隙半导体,禁带宽度为1.45 eV,对太阳光谱的响应处于最理想的太阳光谱波段,且CdTe在可见光范围内的吸收系数高达105 cm-1,比Si的吸收系数高100倍,只需1 μm厚的薄膜即可吸收99%能量大于其禁带宽度的光子。因此CdTe是一种特别适合作为太阳电池吸收层的材料。CdTe/CdS多晶薄膜太阳电池有转换效率高、所需材料成本低的优势而具有很大的市场潜力。近几年,CdTe薄膜电池转换效率提升迅速,目前世界最高转换效率达22.1%,超过多晶硅太阳电池的世界最高转换效率,是光伏市场上起主导地位的晶硅太阳电池的有力竞争者。然而,由于CdTe某些材料特性的限制,制备高效稳定的CdTe薄膜太阳电池依然存在许多科学问题需要研究和解决。例如:CdTe的材料功函数高达5.7 eV,高于通常金属背电极的功函数,加上CdTe材料的载流子浓度较低(1013-1014cm-3),且难以对CdTe进行掺杂,导致CdTe和背金属电极难以形成良好的欧姆接触,严重影响电池的性能;现有含铜背接触结构虽能降低电池背接触势垒,提高电池性能,但铜可以通过CdTe晶界向PN结扩散,在CdTe/CdS形成的PN结界面处积累,导致电池性能严重衰减;CdTe电池中存在严重的载流子复合,尤其在背接触表面,导致CdTe太阳电池的开路电压较低,CdTe太阳电池的最高开路电压V。。只有理想值的75%,远低于晶硅电池和铜铟摰硒电池等。因此,制备CdTe太阳电池的有效背接触缓冲层是目前的研究热点。本文针对CdTe薄膜太阳电池的背接触缓冲层进行了相关研究。第一章,回顾了太阳电池的背景和研究历史,介绍了太阳电池的结构、原理和器件输出特性,概述了 CdTe薄膜太阳电池的发展历程、电池结构、材料特性和制备工艺。第二章,基于氧化镍NiO背接触缓冲层的研究。使用P型氧化物半导体NiO作为CdTe薄膜太阳电池的背接触缓冲层材料。通过光电子能谱XPS测试得到的CdTe/NiO界面能带匹配度很好。CdTe/NiO界面存在导带偏移,NiO缓冲层可以起到背场反射电子的作用,将背表面处CdTe中的光生电子反射到PN结处,大幅降低光生电子在电池背表面处的复合,从而提高电池的开路电压Voc和转换效率。通过制备不同厚度的NiO缓冲层的CdTe太阳电池,确定了 NiO的最佳厚度为20 nm。继而通过阻抗谱测试证实了 NiO作为电池背接触缓冲层时,背表面处的载流子复合率较低,确定了 NiO缓冲层在CdTe太阳电池中的背场反射作用。为提高NiO薄膜的导电性,还制备了背接触结构为3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au的CdTe电池,电池开路电压为796 mV,转换效率为13.5%,实验结果显示,该背接触结构的电池在转换效率和热稳定性上优于标准背接触结构5-nm-Cu/Au的CdTe电池。第三章,基于碘化亚铜CuI背接触缓冲层的研究。采用热蒸发法制备CuI薄膜,通过XRD、紫外-可见光透过光谱和SEM等测试手段,研究了热处理温度对CuI薄膜的影响,结果显示CuI薄膜需200℃的热处理温度才能有良好的衬底覆盖度。将CuI薄膜作为CdTe太阳电池的背接触缓冲层,通过对电池器件的测试分析,显示了 CuI缓冲层的加入可以降低CdTe电池背接触的肖特基势垒,降低电池的roll-over现象,提高电池的开路电压Voc、填充因子FF和转换效率。最后通过XPS测试表征了 CdTe/CuI界面处的能带排列,研究了 CuI薄膜对载流子传输的影响机制。
[Abstract]:CdTe / CdS polycrystalline thin film solar cells have high conversion efficiency and low cost . A CdTe solar cell with a back contact structure of 3 - nm - Cu / 20 - nm - NiO / Au is prepared by means of XRD , UV - visible light transmission and SEM .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.42

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