优秀研究生学位论文题录展示

沉积条件对ZnTe与ZnTe:Cu薄膜性能的影响

专 业: 材料物理与化学
关键词: 太阳能电池 镉碲薄膜 薄膜沉积 光电子能谱
分类号: TM914.42  TN304.055
形 态: 共 62 页 约 40,610 个字 约 1.943 M内容
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内容摘要


制备高效的CdTe太阳电池,改善电池的背接触特性是一关键技术。

在I-V曲线上可以看到所谓的roll-over现象,这主要是p型CdTe与背电极间形成了反向结。

背接触层中掺Cu能够得到性能良好的电池,但是Cu会在CdTe中进一步扩散,在CdTe中形成缺陷,造成CdTe太阳电池性能不稳定。

因此,有必要系统研究Cu原子在薄膜中的存在状态,进而有效控制Cu的浓度;另一方面,要获得良好的背接触层,必须制备出结构致密的ZnTe与ZnTe:

Cu多晶薄膜。

衬底温度和沉积速率是影响薄膜质量最重要的参数,本文将针对这一课题进行系统研究,其结论如下:

第一、研究了衬底温度及沉积速率的变化对于ZnTe薄膜质量以及电池性能的影响。

70℃、0.2nm/s条件下沉积的ZnTe晶粒最小,结构最致密,在晶粒尺寸上达到了纳米级别, 70℃、0.4nm/s, 100℃、0.6nm/s条件下薄膜的晶粒较大,致密度较差。

而在常温下、0.2nm/s沉积速率条件下的薄膜较其它三种条件下生长的薄膜明显要差些,薄膜呈岛状成长,有明显的孔洞,不利于阻挡Cu原子的扩散。

适当提高沉积速率和衬底温度能对电池产生良性影响,这与薄膜质量的改善有很大关系,随着薄膜质量的改善,减少了缺陷浓度从而减小了载流子复合的几率,提高了对载流子的收集率从而提高了电池性能。

100℃、0.6nm/s条件下电池效率达到10.28%。

第二、研究了衬底温度及沉积速率的变化对ZnTe:

Cu薄膜质量及电池性能的影响。

沉积速率为0.2nm/s-0.3nm/s时,晶粒随着衬底温度的增加有所变化。

185℃时晶粒明显增大而变得膨松,与常温下相比102℃时沉积的薄膜没有太大的变化只是略为有些增大,常温下沉积的薄膜最好。

在常温下沉积ZnTe后,提高衬底温度沉积ZnTe:

Cu对太阳能电池的影响明显,电池的转化效率从常温下7.83%增加到102℃的7.99%再到185℃时的9.02%,增加了15%,随着衬底温度的增加短路电流变化并不明显,主要是开路电压的提高和填充因子的改善直接导致了电池效率较大增加。

第三、通过XPS研究Cu在电池中的分布,为有效控制Cu的浓度提供依据。

得到了各元素在背接触层中的深度分布图及其化学态变化。

比较了4种条件下样品中Cu原子百分含量随溅射时间变化趋势,一开始Cu原子浓度随时间增加而上升,这主要是由于表面吸附O、C原子的减少,Cu原子浓度相对增加导致,随后形态就很有不同,对于常温常态样品D4, 10min左右出现极大值然后缓慢减少,此峰位于ZnTe:

Cu层内,由其形态表明ZnTe不能很好的阻挡住Cu,对于C1、E1、H2三个样品,峰值出现在20-30rain,位于ZnTe:

Cu层内,然后Cu百分含量快速下降,其中尤以C1样品为最,说明随着薄膜质量的改善ZnTe明显起到了阻挡Cu原子扩散的作用..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1新能源
1.2太阳能电池原理
1.3体太阳电池研究进展
1.3.1单晶硅太阳电池
1.3.2体多晶硅太阳电池
1.4薄膜太阳电池研究进展
1.4.1非晶硅太阳电池
1.4.2薄膜多晶、微晶硅太阳电池
1.4.3铜锢硒多晶薄膜太阳电池
1.4.4有机半导体薄膜太阳电池
1.4.5 CdTe多晶薄膜太阳电池
1.5国内薄膜电池研究状况
1.6碲化镉多晶薄膜太阳电池及本文研究目的
1.6.1 CdTe/CdS太阳电池结构
1.6.2 CdTe太阳电池背接触层研究
1.6.3本文研究的目的
第二章 ZnTe及ZnTe:Cu薄膜的制备
2.1真空共蒸发沉积系统
2.2 XPS基本原理
2.3试验及数据分析
2.3.1 ZnTe及ZnTe:Cu同温SEM
2.3.2不同温度、速率下沉积ZnTe薄膜的SEM和XRD
2.3.3 ZnTe及ZnTe:Cu的XPS分析
第三章 不同沉积条件下沉积的ZnTe及ZnTe:Cu对电池性能的影响
3.1原理
3.1.1 pn电流电压特性
3.2 ZnTe及ZnTe:Cu同温沉积时,温度对电池效率的影响
3.3不同衬底温度下沉积ZnTe:Cu对电池性能的影响
3.4不同条件下沉积ZnTe对电池性能的影响
3.4.1沉积速率不变时ZnTe对电池性能的影响
3.4.2相同衬底温度,不同沉积速率对电池性能的影响
3.4.3高温高沉积速率下电池的性能
第四章 结论
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: > TN304.055 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料

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