【精品完整版】有机碱性条件下制备CdTe薄膜电池的机制研究
n—CdS/p—CdTe异质结薄膜太阳电池

n—CdS/p—CdTe异质结薄膜太阳电池
王万录
【期刊名称】《太阳能》
【年(卷),期】1995(000)001
【总页数】3页(P12-13,8)
【作者】王万录
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
【相关文献】
1.(112)面CdTe/Cd1-yZnyTe,Hg1-xCdxTe/CdTe和CdTe/GaAs异质结的方向倾斜 [J], 刘义族;于福聚
2.MOCVD法生长HgCdTe/CdTe/GaAs多层异质结材料工艺和性能研究 [J], 杨臣华;陈记安
3.双源真空蒸发制备CdS/CuInSe2多晶异质结薄膜太阳电池 [J], 周炳卿;赵凤岐;李蓉萍
4.CdS/CuInSe_2异质结薄膜太阳电池 [J], 李秉厚;李蓉萍
5.CdS/CdTe-CdS/Cu_2S异质二重结薄膜太阳电池的设计与计算 [J], 展铁政;蔡禄;张春燕
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碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池及其光学检测(下)

以用来做更深一步的分析 ,从而 了解材料 的其他 性质。 1 图 中的复介电常数 曲线都是在原位椭偏学
测 量 中得 到 的 。 以看 到 , la和 () 可 图 () b中两 种 材料
的临界点 的尖锐程度 , 或峰 的宽度都有明显区别 , 这反映 出材料 内缺陷密度 的区别。 理论上 , 临界点 附近 的价带顶 电子吸收能量等于导 带 一价带能量
踪薄膜表面层的化学成分。例如 ,在碲化镉 电池
中 , 化 镉 层 的厚 度远 小 于碲 化 镉 层 , 硫 它们 的 界 面
— — —
长顺序相反 ,即在碲化镉层上生长硫化镉( 衬底朝 下型电池 , 参见图5 的下半部分) 碲原子也会扩散 ,
— 一
SOL AR NERGY 9 2 1 E 1 /0 1
Байду номын сангаас
糙层厚度随氩气压强增加而单调减少。 有趣 的是 ,
用这套沉积 系统制作高效碲化镉 电池的最佳氩气
压强正是在表面粗糙层厚度发生变化的交界压强 1m or 4 T r附近(0 8 T r 。这其中内在的联 系 1 ~1m or )
目前 还 不 太清 楚 。图 4中体层 厚 度 5 n 0 m左 右 曲线
及其 光 学检测 ( ) 下
密根茎旱程计机学 …剑 歇大呈工与譬科系 李 学子 萋 电 算 ・ 雩
密歇根大
图4 化镉薄膜的 生长 条件除了氩气压强在 碲
25 0 o 范围内变化外 ,其他沉积条件都保 .~5mT r r
持一样 。从图中可 以看到 : 1 所有薄膜在沉积初 () 期( 层 1 n 体 ~2 m厚) 都有相对较厚 的表面粗糙层 。 这时沉积下来的碲化镉容易聚成 “ 状而不是平 岛” 铺成层状 , 岛”的高度随氩气压强增加而单调增 “ 加 ;2 体层厚度 2 0 m之 间,上述分离 的岛状 ( ) ~1n 沉积体扩大后相互接触 , 底部变成了连贯的体层 ,
浅谈CdTe薄膜的制备方法及掺杂改性研究

CT d e是一 种 常 用 的 半 导 体 红 外 薄 膜 材 料 , 有很好 的红 外 光 学 特性 。其 透 光 区域 为 0 9 ~ .7
晶胞 参数和空 间群 分别 为 : 闪锌矿 a . 8  ̄ , 一6 4 1 ,F
-
4 m( 1 ) 钎锌 矿 结 构 a . 8 c 7 5 A, 3 26; =4 5 A, = . 0
光折射器 件 、 非线 性光学 、 光开关 、 发射量 子 阱 、 光
MC T外 延基底 等 领域 具 有重 要 的应 用 价值 。 目 前,d e C T 不仅广 泛地 用 于制 备 各种 光 探测 器 , 而 且更重 要 的是 由于 C T d e具 有直 接 带 隙 结 构 , 对 于波长 小于 吸收 限 的光具 有 较 大 的吸 收系 数 , 仅 1 m 厚 的 C Te d 就可 吸收能 量 大于 C Te 带宽 d 禁
昌吉学 院学报
21 第 l 0 0年 期
浅谈 C Te薄膜 的 制备 方法及 掺 杂 改性 研 究 d
郭福 强 张保 花。
( ,. 吉 学 院 物 理 系 新 疆 昌 吉 12 昌
摘
8 10 ) 3 i0
要: Ⅱ一 Ⅵ 族 半导 体 化 合 物碲 化 镉 ( d e 因其 具 有 良好 的 光 电性 质 , 成 为 制 备 高 效 率 、 成 本 的 CT) 而 低
具有更强 的离子化 合物特 性 , 对应 的健 能更 高 , 禁 带更宽 , 以一般 将 C T 所 d e归 于 宽 禁 带化 合物 半
导体 。也 正 是 因 为此 , d e半 导 体 的 本 征 电导 CT
率较 小 。
较各种 常 见 制 备 技 术 的 优 缺 点 , 系 统 讨 论 了 并 C T 薄膜 的掺杂 改性研究 , de 希望对 C T 薄 膜 的 de 几种 制备 方法及 薄膜 掺杂 改性有一个较 为全 面 的
我国碲化镉多晶薄膜电池取得新进展 转化效率达14.4%

我国碲化镉多晶薄膜电池取得新进展转化效率达14.4%日前,中国科学院电工研究所化合物薄膜太阳能电池研究组在CdTe多晶薄膜电池上取得新进展,该团队在普通廉价玻璃上制备出了厚度仅为2μm的CdTe多晶薄膜,经中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心认证,其转化效率达到14.4%,距2012年报道的12.78%转化效率又上了一个台阶,这标志着电工所在CdTe薄膜太阳能电池研究方面取得重要进展。
CdTe为直接带隙半导体,室温带隙宽度为1.45eV,带隙值与太阳光谱非常匹配。
CdTe吸收系数大于104/cm,只需要1μm就可以吸收99%以上、波长小于826nm 的可见光。
厚度仅为硅太阳能电池厚度的1/100,制作周期短、成本低、适合于大规模生产。
因此,以CdTe薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳电池因其高转换效率、低成本和高稳定性倍受科研和产业关注。
今年2月,美国FirstSolar公司通过气相输运方法这种高温制备方法,制备的小面积CdTe太阳能电池的转化效率达到了20.4%,与多晶硅电池相同。
3月,组件的全面积效率达到了17.0%,这种技术的生产成本也率先降低到了$0.55/Wp,是生产成本最低的太阳能电池技术,但其规模生产工艺技术一直为美国少数企业所垄断。
此外,使用低温制备方法磁控溅射技术制备的CdTe多晶薄膜电池最高效率由美国Toledo大学保持,转化效率为14.5%。
此次,电工所在没有使用高阻层的情况下,采用全国产化设备和原料,制备出转化效率达到14.4%的CdTe电池,充分证明了只要研究好器件制备的工艺技术,就能做到国外相同的水平。
这一研究成果为我国CdTe薄膜太阳能电池的研究和产业化奠定了基础,将使我国在CdTe电池产业化得到长足发展。
以上工作得到了中国科学院百人计划择优支持、电工所所科研基金的大力支持。
CDSCDTE太阳能电池中CDS薄膜的制备及其特性研究

论文采用化学水浴沉积法(CBD)制备CdS薄膜,详尽研究了影响CdS薄膜性质的种种因素,着重研究低温CdS薄膜的沉积。
因此本章先介绍太阳能电池的原理,再综述太阳电池的分类与研究状况,最后简述本文的研究目的。
1.1太阳能电池的原理太阳能电池能量转换的基础是半导体结的光生伏特效应,它是这样一种器件:当受阳光照射时,在它的内部释放出电荷,这些电荷能在半导体中自由移动,最终流过一个象白炽灯或电动机这样的电负载,以这种方式产生电压电流的现象称为光生伏特效应p】。
图1.1表示一个太阳能电池的基本工作情况。
光子被半导体吸收并在此过程中产生荷电载流子:电子和空穴。
它们向“结”扩散,如图1.1所示的P.n结或其它类型的结扩散,只要它有一个强的内部电场。
电子和空穴被电场分离,从而在外电路中产生电压和电流。
图1.I在吸收光子的同时,半导体中产生正、负电荷载流子。
这些载流子在p-n结两边聚集并在外电路中引起电流。
图中电流为灯泡提供功率”J。
当一束光照射Np.n结时,短波光子在n区产生电子.空穴对,长波光子在p区产生电子.空穴对,如果所产生的电子.空穴对有足够长的寿命而没仃被复合,那么n区和P区产生的光生少予各自扩散到p.n结的势垒取区附近,被内电场分离。
在内建静电场的作用下,各向相反方向运动,离丌势垒区,结果使图1.2PERL太阳电池2.埋栅太阳能电池03csc)如图1.3所示,采用激光刻槽或机械刻槽。
此种电池的制作工艺省去了复杂的多次光刻和蒸发电极步骤,减少了高温氧化次数,使整个电池制作工艺大大简化;埋栅不仅减小了电极阴影面积,还可减小欧姆接触电阻,是一种可实现产业化的高效电池技术。
我国此种太阳能电池18l的最高效率19.55%。
用双层减反射膜工艺进一步提高高效太阳能电池的效率。
图1.3埋棚太阳能电池单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的,在大规模应用和工业生产中仍占扼主导地位,但就总体而言,此种太阳能电池的价格偏高、工艺繁琐,难于实现大规模应用。
CdTe结构及制备.

CdTe吸收层
电池的主体吸光层,它与n型的CdS窗口层形成的p-n结 是整个电池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制备太阳能电
池的理想的禁带宽度(Eg=1.45eV)和高的光吸收率(大约10^4/cm)。 CdTe的光谱响应与太阳光谱几乎相同。
背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒,引出电流,使金属电极 与CdTe形成欧姆接触。
总结
衬底加 热器
源材料 加热器
衬底
生长薄膜 CdTe源材料
总结
1. CdTe吸收层主要起透光和导电的作用。 错 2. 玻璃衬底主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。对 3. CdTe属于II-VI族化合物半导体材料。 对 4. CdTe的制备技术较多,有近空间升华法和电沉积法等。 对
5. 近空间升华法具有沉积速率低,设备昂贵、薄膜质量差、生
用于CdTe/CdS薄膜太阳能电池的TCO必须具备下列的特性: 在波长400~860nm的可见光的透过率超过85%:低的电阻率, 大约2×10^-4Ωcm数量级;在后续高温沉积其它薄膜层时的 良好的热稳定性。
CdS窗口层
n型半导体,与P型CdTe组成p/n结。CdS的吸收边大约是521 nm, 可见几乎所有的可见光都可以透过。因此CdS薄膜常用于薄膜
一、CdTe太阳能电池发电结构
降低CdTe与金属电 极接触势垒 p型半导体
n型半导体
透明导电氧化层
1、阳光入射方向? 2、带隙宽度? 3、带隙排列? 4、CdTe厚度、光吸收? 5、作用
CdTe薄膜太阳能电池能带图
玻璃衬底
主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
TCO层
透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。
CdTe太阳能电池

CdTe太阳能电池发电的原理是基于光伏效应,即由太阳 光子与半导体相互作而产生电势从而输出电流对外做功。
p/n结型太阳能电池的工作原理是:p型半导体和n型半导 体结合在一起形成p-n结,由于多数载流子的扩散形成空间电 荷区,同时形成一个不断增强的从n型到p型半导体的内建电场, 导致多数载流子反向飘移。当这一过程达到平衡,扩散电流和 飘移电流相等。当有光照射p-n结,且光子能量大于p-n结的禁 带宽度时。吸收层的电子获得能量跃迁到导带,同时在价带中 产生空穴。在p-n结附近会产生电子-空穴对。产生的非平衡载 流子由于内建电场作用向空间电荷区两端漂移从而产生光生电 势。将p-n结与外电路导通,电路中会出现电流。这一现象称 为光生伏特效应,简称光伏效应。
升华过程:CdTe在一定温度下分解为气态的Cd和Te2。 沉积过程:气相的Cd和Te2被输运到温度较低的衬底表面区
域,使其成为过饱和状态,经过冷凝成核,在村底 表面沉积成固态的CdTe薄膜。
其中升华和沉积过程可逆,而且决定着薄膜的厚度。
Institute of Optoelectronic Technology
BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY
5、发优展点前景
镉排放量
碲化镉薄膜太阳能电池在工业规模上成本
1
大大优于晶体硅和其他材料的太阳能电池
技术,生产成本仅为0.87美元/W。
其 次 它 和 太 阳 的 光 谱 最 一 致 , 可 吸 收 95%
2
以上的阳光。
工艺相对简单,标准工艺,低能耗,无污
BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY
CdTe吸收层
它是电池的主体吸光层,它与n型的CdS窗口层形成的 p-n结是整个电池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制 备太阳能电池的理想的禁带宽度(Eg=1.45 eV)和高的 光吸收率(大约104cm-1)。CdTe的光谱响应与太阳光谱 几乎相同。
CdTe太阳能电池解析

2.碲化镉太阳能电池原理
Ⅱ一Ⅵ族化合物 能隙为1.45eV 直接禁带半导体
CdTe
吸收系数~105/cm
CdTe多晶薄膜制备 技术较多,且简单 高效、稳定且相对
低成本
2.碲化镉太阳能电池原理
2.碲化镉太阳能电池原理
CdTe太阳能电池发电的原理是基于光伏效应,即由太阳光子与半导体相互作而 产生电势从而输出电流对外做功。 p/n结型太阳能电池的基本工作原理是:P型半导体和n型半导体结合在一 起形成p-n结,由于多数载流子的扩散形成空间电荷区,同时形成一个不断增 强的从n型到P型半导体的内建电场,导致多数载流子反向飘移。当这一过程 达到平衡,扩散电流和飘移电流相等。当有光照射p-n结,且光子能量大于P-n 结的禁带宽度时。吸收层的电子获得能量跃迁到导带,同时在价带中产生空穴。 在P-n结附近会产生电子.空穴对。产生的非平衡载流子由于内建电场作用向 空间电荷区两端漂移从而产生光生电势。将p-n结与外电路导通,电路中会出 现电流。这一现象称为光生伏特效应,简称光伏效应。
➢国内四川大学的碲化镉薄膜太阳能电池工业化生产技术研究 进展顺利,将推动我国碲化镉薄膜太阳能电池的规模生产。
参考文献
【l】冯垛生,张淼,赵慧,林珊.2009.太阳能发电技术与应用[M】,北京: 人民邮电出版社.
【2】杨德仁.2006.太阳电池材料【M】,北京:化学工业出版社. 【3】刘柏谦,洪慧,王立刚.2009.能源工程概论【M】,北京:化学工业出
CdTe太阳能电池
10cm*10cm小型碲化镉薄膜太阳能电池模组
碲化镉太阳能电池研究进展 碲化镉太阳能电池原理 碲化镉太阳能电池制作工艺 碲化镉太阳能电池成本估算 碲化镉太阳能电池优势与缺陷
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(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!)毕业论文题目有机强碱溶液体系电沉积CdTe薄膜及相关机制研究学院专业班级学生学号指导教师摘要CdTe薄膜太阳电池是以p型的CdTe和n型的CdS的异质结为基础的太阳电池。
CdTe薄膜的禁带宽度为1.45eV,吸收波长为855nm,与太阳光谱非常匹配;具有很高的光吸收系数,在可见光范围内高达104cm-1,2μm厚的碲化镉薄膜能吸收99%以上的太阳光;同时还具有高的转换效率,其理论光电转换率高达30%。
本实验采用电化学沉积法制备CdTe薄膜,主要研究有机强碱溶液中电沉积CdTe薄膜机理及其影响因素。
本实验采用循环伏安法来探究碲化镉薄膜的沉积机理,同时通过对有机碱性溶液的循环伏安曲线分析,探究pH、温度、Cd2+浓度和NTA和Cd2+络合比对沉积过程的影响。
通过循环伏安曲线分析可知,较低的pH促进TeO32-在CdS薄膜表面进行吸附,有利于CdTe的沉积,能使CdS与CdTe的接触更加良好;由于反应为欠电位沉积,较高的温度能为反应提供足够的能量,但过高的温度会使CdTe薄膜的结晶度改变,使CdTe结晶度更好,电阻率降低,利于接下来的沉积;高浓度的Cd2+对TeO32-的吸附有抑制作用,同时Cd2+浓度过高时,会使溶液中存在自由Cd2+,高温下大量水解会降低pH;浓度过高或过低的NTA都不利于沉积CdTe薄膜,会导致CdTe薄膜中Te过量或Cd过量。
通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、X 射线能量分散谱仪等仪器对沉积的CdTe薄膜进行表征,得出络合比为8:1时,CdTe 薄膜结晶度最好,取向为立方的(111),同时碲镉原子比与化学计量比最为接近,但CdS与CdTe接触面不良,接触面最佳的络合比为16:1。
关键词:CdTe薄膜太阳电池;有机碱性溶液;电化学沉积;沉积机理;络合比ABSTRACTCdTe thinfilm solar cells are based on p-type CdTe and n-type CdS heterojunction-based solar cells.The band gap of CdTe film is 1.45eV, the absorption wavelength is 855nm, which matches the solar spectrum very well.With a high light absorption coefficient, in the visible range up to 104cm-1,2μm thick cadmium telluride film can absorb more than 99% of the sun;But also has a high conversion efficiency, the theoretical photoelectric conversion rate as high as 30%.In this experiment, CdTe thin films were prepared by electrochemical deposition. The mechanism of electrodeposited CdTe films in organic alkali solution was studied.In this study, cyclic voltammetry was used to investigate the deposition mechanism of cadmium telluride thin films. At the same time, the cyclic voltammetry curves of organic alkaline solutions,The effects of pH, temperature, Cd2+concentration and NTA and Cd2+ complexation on the deposition process were investigated.By cyclic voltammetry analysis, it can be seen that the lower pH promotes the adsorption of TeO32- on the surface of CdS film, which is favorable for the deposition of CdTe, which makes the contact of CdS and CdTe better.Since the reaction is underpotential deposition, the higher temperature can provide sufficient energy for the reaction,But the high temperature will make CdTe film crystallinity change, so that CdTe better crystallinity, resistivity is reduced, which is conducive to the next deposition;High concentration of Cd2+ on the adsorption of TeO32-inhibition, and Cd2+concentration is too high, the solution will exist free Cd2+, high temperature hydrolysis will reduce the pH;Excessive or too low concentration of NTA is not conducive to the deposition of CdTe film, will lead to CdTe thin film too much or Cd excess.The deposited CdTe films were characterized by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy.When the complexing ratio is 8: 1, the crystallinity of CdTe film is the best, the orientation is cubic (111), and the atomic ratio of cadmium tellurium is the closest to stoichiometric ratio, However, the contact surface between CdS and CdTe is poor, and the optimal ratio of contact is 16: 1.Keywords:CdTe thin film solar cells; Organic alkaline solution; Electrochemical deposition; Deposition mechanism;Complex ratio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)1前言 (1)1.1太阳能电池发展历程 (1)1.2太阳能电池分类 (2)1.2.1晶体硅电池 (2)1.2.2薄膜电池 (3)1.3太阳能电池工作原理 (4)1.4碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池 (6)1.4.1碲化镉薄膜太阳电池研究进展 (6)1.4.2碲化镉薄膜的性质 (6)1.4.3碲化镉薄膜电池的结构 (7)1.4.4碲化镉薄膜太阳电池制备方法 (8)1.5选题的目的及研究内容 (10)1.5.1研究目的 (10)1.5.2研究内容 (11)2实验与测试 (12)2.1实验试剂 (12)2.2实验仪器 (12)2.3实验步骤 (13)2.3.1实验流程图 (13)2.3.2实验步骤 (13)2.4测试与表征 (14)2.4.1测试仪器 (14)2.4.2测试方法 (15)3实验结果与讨论 (16)3.1CdTe薄膜的电沉积原理 (16)3.2有机碱性条件下各因素对沉积CdTe薄膜的影响 (19)3.2.1 pH对沉积CdTe薄膜的影响 (20)3.2.2温度对沉积CdTe薄膜的影响 (21)3.2.3Cd2+浓度对沉积CdTe薄膜的影响 (23)3.2.4NTA浓度对沉积CdTe薄膜的影响 (24)3.3CdTe薄膜的电化学沉积制备和结构性能分析 (25)3.3.1不同络合比下的CdTe薄膜的晶体结构的分析 (25)3.3.2 不同络合比下的CdTe薄膜的断面晶体相貌的分析 (29)4结论 (31)参考文献 (32)致谢 (34)1前言在步入二十一世纪以来,伴随人们生活质量的不断提高和科学技术水平的飞速发展,对能源的消耗日益提高,而石油、煤炭和天然气等传统能源不可再生,无法满足将来人们对能源的需求;同时,这些传统矿物燃料燃烧排放的温室气体和有毒物质使地球生态环境急剧恶化。
人们要想正真解决环境问题,就必须从根本上解决传统能源问题,改变现在的能源结构,找一种既清洁环保,又可再生的能源来开发使用。
在可再生能源中,太阳能具有清洁无污染,取之不尽,用之不竭等优点,同时太阳能所蕴含的能量是其他可再生能源能量总和的上千倍。
太阳能作为研究开发较早,技术较成熟,也是应用开发最多的项目越来越受到人们的关注,太阳能的发展战略无疑成为各国能源战略的重要组成部分,而作为太阳能转换器的太阳能电池也成为各国科研人员的重要研究对象。
晶体硅太阳能电池的研究开展较早,工艺与技术相对成熟,目前占据着市场的主导位置,但其制备工艺的繁杂和生产原料的限制,使其生产成本居高不下。
这种情况下,人们开始寻找能够代替晶体硅太阳能电池的其他电池,薄膜太阳能电池应运而生,优良的弱光性能,廉价的生产成本,较少的原料消耗是其相对于晶体硅电池的优势。
在科技迅速发展的今天,能源问题日益突出,薄膜太阳能电池能够一定程度上缓解能源紧缺的问题,同时具备易推广,低成本的优良性能,是将来太阳能电池的发展方向之一。
1.1太阳能电池发展历程太阳能电池是光伏发电最核心的器件,光伏始于1839年,物理学家Alexandre-Edmund Becquerel发现“适当的光照导致的化学反应可以产生电流”,类似的效应在几十年后被发现。