CdS薄膜的制備及其在CdTe電池中的應(yīng)用
CdTe 是目前發(fā)展最快的薄膜太陽能電池之一。CdTe 電池目前達到的最高轉(zhuǎn)換效率是16.5%。由于具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率,較低的成本造價和較長的使用壽命,CdTe 電池成為最有前景的薄膜太陽能電池之一。
CdS 屬于二六族化合物,立方或者六方結(jié)構(gòu),六方結(jié)構(gòu)在高溫下更穩(wěn)定。CdS 是直接帶隙半導(dǎo)體,帶寬2.42 eV。CdS 是目前最適合的CdTe電池的窗口層材料。盡管CdS 與CdTe 的晶格失配達到10%,但是CdCl2 氣氛下的熱退火處理可以使CdS 與CdTe 之間發(fā)生相互擴散, 形成CdS1- xTex 緩沖層,從而有效減少界面失配造成的界面態(tài)[3]。CdS 薄膜的制備方法通常有閉空間升華法(CSS),化學(xué)水浴沉積(CBD),濺射,電沉積,MOCVD。CBD 方法是最常用的制備CdS 薄膜的方法。由于CdS 在水中溶解度很低,溶液中Cd 離子和S 離子會結(jié)合沉積在襯底表面形成CdS 薄膜。由于CBD 方法鍍膜速度較慢,工業(yè)生產(chǎn)中會涉及到大量廢水處理的問題,真空方法鍍CdS 膜成為近來研究的熱點。CSS 方法在真空環(huán)境中通過熱升華的方法制備CdS 薄膜。CS方法成膜質(zhì)量高,沉積速度快,不涉及大量廢水處理,適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),具有很大的開發(fā)前景。
3、總結(jié)
本文使用化學(xué)水浴沉積的方法(CBD)和閉空間升華的方法(CSS)制備CdS 薄膜,并制成CdTe太陽能電池器件。CSS 方法制備的薄膜晶粒較CBD 方法大,其尺寸分布在150~200 nm。CSS CdS呈穩(wěn)定性較好的六方結(jié)構(gòu),其帶寬為2.42 eV,光學(xué)吸收邊在500~550 nm 附近;CBD CdS 由立方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)的混合相組成,帶寬為2.38 eV,光學(xué)吸收邊和CSS CdS 相比向長波長方向偏移。XPS測量結(jié)果表明,CSS CdS 的費米面位置略高于CBD CdS,使得結(jié)區(qū)自建勢提高,有利于制備更高質(zhì)量的太陽能電池;贑SS CdS 薄膜制備的CdTe 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達到10.9%, 和基于CBD CdS 薄膜制備的CdTe 太陽能電池相比有了進一步改善。光量子效率顯示,在350~500 短波長波段,電池性能受限于CdS 窗口層對短波長光的吸收,基于CSS CdS 的電池在這個波長范圍的表現(xiàn)略好于基于CBD CdS 的電池。CSS CdS 薄膜沉積時間較短,整個過程在真空室中完成,可以建成和CdTe 沉積設(shè)備連成一體的生產(chǎn)線,有利于CdTe電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)。
【作者】 韓俊峰; 廖成; 江濤; 趙夔;
【Author】 HAN Jun-feng,LIAO Cheng,JIANG Tao,ZHAO Kui(State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology,Department of Physics,Peking University,Beijing 100871,China)
【機構(gòu)】 北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點實驗室;
【摘要】 CdTe薄膜電池是發(fā)展最快、應(yīng)用前景最好的一類太陽能電池。CdS層是CdTe電池的窗口層材料,其薄膜質(zhì)量直接影響電池的轉(zhuǎn)換效率。本文介紹了化學(xué)水浴沉積(CBD)和閉空間升華(CSS)兩種方法沉積CdS薄膜,并完成單電池器件的制備和測試。CSS方法制備的薄膜結(jié)晶較大,光學(xué)和電學(xué)性能好于CBD方法制備的薄膜,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到10.9%。CSS方法鍍膜速度快,真空環(huán)境工作,有利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
【Abstract】 The CdTe solar cell is one of the most popular thin film PV devices,and CdS is used as a suitable window layerfor CdTe-based photovoltaic systems.The CdS films here were prepared by chemical bath depostion(CBD) and closed space sublimation(CSS).The complete CdTe/CdS solar cell devices were fabricated and analyzed.It was found that the films prepared by the CSS method have larger grains and better optical/electrical properties.The photoelectric conversion efficiency of such a solar cell comes up to 10.9%.The films deposited by CSS method is fast in vacuum system and suitable for commercial applications.
【關(guān)鍵詞】 閉空間升華; 化學(xué)水浴沉積; 硫化鎘; 薄膜太陽能電池;
【Key words】 CSS; CBD; CdS; thin film solar cell;
【基金】 北京市自然科學(xué)基金(H030630010120)