均相沉积方法制备CdS薄膜及其在CdTe薄膜太阳能电池中的应用

发布时间：2020-11-03 02:13

　　 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(CdCl_2)提供镉源,硫脲(CS(NH_2)_2)提供硫源和尿素(CO(NH_2)_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(NH_2)_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。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

第一章 绪论个原子的绕核运转电子开始同邻近原子在任何允许的能级上存在的电子数。这成能带。如图 1.1 所示是半导体能带示。半导体的基本能带存在一系列满带，，最下面的空带称为导带。禁带通常指即电子不会占据的状态。当有不稳定激发，价带的某些电子受到激发而跃迁半导体导电。价带剩余电子的导电作用们把这种等效的带正电的准粒子叫做空是相当的，我们称这样的能量激发为本导体。

图1.3太阳能电池的等效电路太阳能电池的等效电路如图 1.3 所示。在该电路中，p-n 结二极管表示太阳能电池。Rs表示电池中串联电阻，其主要来自于半导体本身电阻、金属电极与半导体的接触电阻和输出到外部的导电电极的电阻。RSH表示并联电阻，其主要来自于太阳能电池 p-n 结界面处缺陷、材料本身的缺陷、太阳能电池的边缘与表面所存在的缺陷、掺杂 r 所造成的载流子复合等等。1.2.2.2太阳能电池的性能参数（1）短路电流密度：在太阳光照射下，太阳能电池处于一定的环境中，其正负极输出电压为零时，输出的电流称为短路电流。短路电流与太阳能电池受光面积的比值称为短路电流密度。短路电流密度的大小受到电子-空穴对的分离效率和迁移率的影响。

第一章 绪论TiO2导带后通过扩散或漂移运动发生定向输运现象，最终通过外部回路传输到对电极。与此同时，电解液中的 I3-在对电极上得到电子被还原为 I-，而电子注入后的氧化态染料又被 I-还原成基态，I-自身被氧化成 I3-，这样一个完整的循环过程就完成了[4-6]。如图 1.5 所示是其结构示意图[7]：
【参考文献】

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1 李怀辉;王小平;王丽军;刘欣欣;梅翠玉;刘仁杰;江振兴;赵凯麟;;硅半导体太阳能电池进展[J];材料导报;2011年19期

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1 李亚丹;硅太阳能电池关键技术研究[D];黑龙江大学;2009年

本文编号：2867941