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CdS、Cu<,x>Te薄膜的制备、表征和应用

专 业: 材料物理与化学
关键词: CdTe太阳电池 窗口层 背接触 CdS多晶薄膜 CuxTe薄膜 真空蒸发法
分类号: TM914.42  O484.1
形 态: 共 111 页 约 72,705 个字 约 3.478 M内容
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内容摘要


CdTe多晶薄膜太阳电池以其转换效率高、制作成本低和易于产业化的优点,引起了人们的广泛关注,并成为国内外薄膜太阳电池研究的热点之一。

目前,碲化镉太阳电池的转换效率达到16.5%,。

国内小面积太阳电池达到13.38%,并已建成0.3兆瓦的生产线。

随着产业化步伐的加快,面向产业化的研究也更加深入。

对于碲化镉太阳电池,窗口层和背接触层的制备是两项关键技术,本文拟以这两层为目标进行研究,其研究成果期望能为产业化提供实验依据。

研究工作分为两个方面,一是窗口层CdS多晶薄膜的近空间升华法制备技术、性质表征及应用;一是背接触层CuxTe薄膜的真空蒸发法制备、性质表征及应用。

具体内容如下:1.对CdS多晶薄膜的近空间升华法制备技术中的沉积条件进行摸索,系统研究了沉积条件对薄膜的结构、成分、形貌和光学性质等的影响,发现用近空间升华法制备的CdS多晶薄膜富S,随着沉积气氛中氧含量的增加,CdS有趋于理想化学配比的趋势;系统研究了退火条件对薄膜结构、形貌及光电学性质的影响,建立了退火条件与薄膜性质的关系。

2.系统研究了真空蒸发法制备的Cu<,x>Te薄膜的结构、光学性质,发现刚沉积的薄膜非晶结构占主导地位,只有部分较低x值的Cu<,x>Te薄膜出现多晶相的衍射峰。

系统研究了退火条件对Cu<,x>Te薄膜结构的影响,发现对不同的x值,退火后的Cu<,x>Te薄膜的结构有不同程度的变化,其中当x值为0.99与1.25时,薄膜的结构由非晶向多晶的转变较为明显,结晶度较高,说明较小x值的薄膜晶化温度较低,而较高x值的Cu<,x>Te薄膜的晶化温度较高。

3、CdS薄膜的应用方面,研究了CdS薄膜的退火条件以及CdS薄膜的厚度对CdS/CdTe异质结太阳电池性能的影响,发现退火温度在350~420℃范围内时,CdS薄膜的退火过程有利于减小电池的暗饱和电流密度和二极管理想因子。

其中,暗饱和电流密度均减小约1个数量级,在385℃退火时,二极管理想因子较小。

因此,退火过程有利于降低器件的暗电流,提高电池的转换效率。

4、Cu<,x>Te薄膜的应用方面,研究了Cu<,x>Te薄膜插入层对太阳电池性能的影响。

发现Cu<,x>Te层的引入有利于消除Roll over现象,改善Au与CdTe之间的接触。

当x值为1.44时,有Cu<,x>Te层的CdTe太阳电池,二极管理想因子和暗饱和电流密度较低, CdTe的掺杂浓度提高了约14%,电池的短路电流密度高了约25%,这可能是铜扩散进CdTe层引起的变化。

铜在较高的Cu<,x>Te退火温度下会发生的过度扩散,并引起了较为复杂的界面态。

5、用AMPS-1d软件对CdS薄膜层的厚度、载流子浓度及复合中心密度等因素进行了器件模拟,得出通过优化CdS薄膜的质量来提高太阳电池性能的途径。

同时,对Cu<,x>Te薄膜厚度、载流子浓度进行器件模拟时,发现模拟载流子结果与实际器件性能不符合。

于是,我们建立改进模型,即在CdTe与Cu<,x>Te层之间插入一层p<+>-CdTe层的。

通过这个模型进行模拟结果显示,与实际电池的性能相符..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1晶体硅太阳电池
1.1.1单晶硅太阳电池
1.1.2多晶硅太阳电池
1.1.3晶体硅太阳电池的发展
1.2非晶硅太阳电池
1.3Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池
1.3.1砷化镓基系太阳电池
1.3.2 InP基系太阳电池
1.3.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池的新概念
1.4 Ⅱ-Ⅳ族和Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族多晶薄膜太阳电池
1.4.1铜铟硒薄膜太阳电池
1.4.2碲化镉薄膜太阳电池
1.5 CdTe太阳电池窗口层CdS多晶薄膜的制备技术及特点
1.5.1化学池沉积法
1.5.2近空间升华法
1.5.3射频溅射沉积法
1.5.3高真空热蒸发法
1.6 CdTe太阳电池的背接触
1.6.1 CdTe薄膜与背电极的欧姆接触问题
1.6.2背接触材料
1.6论文研究目的和内容
1.6.1研究背景
1.6.2选题思路
1.6.3论文的研究内容及方案
第二章 硫化镉多晶薄膜的制备及表征
2.1引言
2.2 CdS多晶薄膜的近空间升华制备及后处理
2.2.1近空间升华设备简介
2.2.2近空间升华原理
2.2.3 CdS升华源的准备
2.2.3 CdS多晶薄膜的制备
2.2.4 CdS多晶薄膜的后处理
2.3 CdS多晶薄膜的性质表征
2.3.1 CdS多晶薄膜的结构
2.3.2成分分析
2.3.3表面形貌
2.3.4光学性质
2.3.5电学性质
2.4小结
第三章 碲铜薄膜的制备及表征
3.1引言
3.2 CuxTe薄膜的制备及后处理
3.2.1 CuxTe薄膜的制备
3.2.2膜厚及沉积速率监控原理
3.2.3 CuxTe薄膜的后处理
3.3 CuxTe薄膜的性质表征
3.3.1 CuxTe结构表征
3.3.2成分分析
3.3.3薄膜的表面形貌
3.3.3光学性质
3.3.4电学性质
3.4小结
第四章 干法制备的窗口层及背接触层在CdTe薄膜太阳电池中的应用
4.1引言
4.2太阳电池工作原理
4.3电池制备
4.3.1窗口层CdS多晶薄膜的制备及后处理
4.3.2吸收层CdTe薄膜的制备及后处理
4.3.3背接触层的制备及后处理
4.3.4背电极的制备
4.4 CdS多晶薄膜对器件性能的影响
4.4.1暗态Ⅰ-Ⅴ特性及光谱响应
4.4.2结果与讨论
4.5 CuxTe薄膜对器件性能的影响
4.5.1有无CuxTe背接触的CdTe电池的Ⅰ-Ⅴ特性
4.5.2不同CuxTe背接触层对电池性能的影响
4.5.3典型的CuxTe背接触太阳电池性能
4.6小结
第五章 CdTe太阳电池的器件模拟
5.1引言
5.2太阳电池基本方程及求解
5.2.1太阳电池基本方程
5.2.2电子和空穴浓度
5.2.3杂质能级和杂质带
5.2.4载流子产生与复合
5.2.5太阳电池基本方程求解
5.3 CdTe薄膜太阳电池窗口层的器件模拟
5.3.1 CdS多晶薄膜的厚度、载流子浓度及复合中心密度
5.3.2背接触层CuxTe的性质影响
5.4小结
第六章 总结
参考文献

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中图分类: > TM914.42 > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 光电池
其他分类: > O484.1 > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学

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