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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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云南大学学报(自然科学版) 2002,24(1A):100～102CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversityΞCdCl2气相退火对CdT e/CdS太阳能电池的影响冷文建,蔡 伟,张静全,郑家贵,蔡亚平,李 卫黎 兵,武莉莉,邵 烨,蔡道林,冯良桓(四川大学材料科学系,四川成都 610064)摘要:对CdTe薄膜进行CdCl2热处理是制备高效率CdTe/CdS多晶太阳能薄膜电池的关键步骤.研究了CdTe薄膜CdCl2气相热处理,用XRD,SEM表征热处理前后薄膜的结构、晶粒尺寸、晶格常数及能带宽度的变化.比较研究了有无CdCl2热处理的CdTe薄膜的结构差异.CdCl2热处理对CdTe/CdS异质结界面互扩散的影响,比较研究了有无CdCl2热处理时,对CdTe/CdS太阳能薄膜电池的光I-V特性曲线的影响.关键词:CdTe/CdS太阳能电池;CdTe薄膜;热处理中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2002)1A-0100-03 Cd Te/CdS/ITO/glass多晶异质结薄膜是最有前途的高效低成本光伏电池材料之一.Cd Te/CdS 薄膜太阳电池参数的理论值[1]:开路电压(V oc) 1050mV;短路电流(J sc)30.8mA/cm2;填充因子(FF)83.7;转换效率约27%.Cd Te半导体直接能隙为1.45eV,光吸收系数大,具有稳定的晶体结构,是理想的吸收体材料.CdS半导体直接能隙为2.42eV,最适合作Cd Te/CdS太阳电池的窗口材料.目前,已利用不同方法[2]:常见的有丝网印刷、化学沉积和电沉积、物理蒸发沉积(PVD)、射频溅射法和近空间升华法(CSS)等技术制备出不同类型的镉碲基异质结多晶太阳电池,例如,Cd Te/ CdS,ZnO/Cd Te,SnO2/Cd Te和Cd1-x Zn x S/Cd Te 等.其中用CSS制备出的小面积Cd Te/CdS太阳能电池效率达到16%;大面积集成电池的效率达10. 1%[3].本文采用近空间升华法(CSS)制备了以CdS/ ITO/glass衬底的Cd Te薄膜,经气相CdCl2热处理形成了p-Cd Te/n-CdS异质结,利用Hitachi S-450型扫描电镜观察薄膜表面形貌和断面形貌,利用X射线衍射法(XRD)测试,研究了异质结太阳电池的结构和性能.1 实 验以CdS为衬底利用近空间升华法(CSS)制备的Cd Te形成Cd Te/CdS异质结的电池排列顺序: Au/Zn Te:Cu/P-Cd Te/N-CdS/ITO/glass.这个结构决定了我们研制的Cd Te太阳电池的主要工艺流程为:衬底清洗→CdS沉积→Cd Te沉积→Cd Te后处理(CdCl2气相退火)→Zn Te:Cu沉积→Zn Te:Cu后处理→金蒸发背电极.这个工艺流程中,Cd Te后处理是Cd Te/CdS太阳电池中关键技术.刚沉积的Cd Te多晶薄膜,晶粒较小,化学配比很接近于1∶1.它虽然是P-型,但掺杂作用不明显.因此,必须对其进行后处理.我们先用CdCl2甲醇溶液喷涂于Cd Te薄膜表面,然后在360～380℃温度下,在空气中退火10～15min.空气中的氧将置换出CdCl2中的一部分Cl原子,Cl原子便自Cd Te晶粒中扩散,形成Cd的相对欠缺,就此形成大量空穴.同时,这个热过程也使晶粒长大.Cd Te表面、断面结构分析利用Hitachi S-450Ξ收稿日期:2001-11-01基金项目:国家“九五”科技攻关资助项目(96-A7-03-02-03);国家自然科学基金资助项目(59672036).作者简介:冷文建(1975- ),男,研究生.型扫描电镜.用丹东射线仪器集团公司生产的Y -4Q 进行X 射线衍射(XRD )测试,使用铜靶K α线,扫描范围为10～90°,扫描速度为0.03°/s.2 结果和讨论2.1 沉积后CdCl 2气相热处理对CdT e 薄膜微结构的影响 Cd Te 薄膜表面和断面形貌如图1.结果表明:CdCl 2气相退火处理的Cd Te 薄膜的晶粒尺寸已大于1μm ,结构比较致密,且尺寸分布均匀.CdCl 2热处理能增加Cd Te 的原子迁移率[4],促进Cd Te 晶粒生长,并且使晶界钝化.经CdCl 2热处理后,CdS 和Cd Te 晶粒结构之间没有更多的关联.Cd Te 晶粒尺寸由200nm 增加到大于1μm.Auger 和SIMS 测试表明,氧和氯进入Cd Te/CdS 的结构中,氯在Cd Te 中的作用如同深能级陷阱[5].氧和氯对Cd Te/CdS 结构性能的影响目前尚不十分明确.用CdCl 2对Cd Te 薄膜进行热处理,有下列作用:①阻止Te 元素氧化;②退火后,Cd Te/CdS 器件成分分布更均匀;③Cd Te 退火时CdCl 2充当溶剂,促进晶粒生长.图1a CdT e 薄膜(刚沉积)表面和断面形貌 图1b CdT e 薄膜(CdCl 2气相退火)表面和断面形貌2.2 XR D 测试结果 XRD 测试图谱表明,刚沉积的Cd Te 多晶薄膜具有立方相晶体结构,沿(111)方向有明显的择优取向,且同时伴随有较低强度的(220),(311)峰.而经CdCl 2+干燥空气退火后,有额外的(440)峰出现,且所有(111),(220),(311)峰强度都增加[6～8].这表明CdCl 2+干燥空气退火后,进一步提高了Cd Te 的重结晶,使整个膜层(Cd Te/CdS )中缺陷密度大大减少[9].因而对提高异质结太阳电池的效率是有好处的.图2a 刚沉积的CdT e薄膜XR D 图样图2b CdCl 2气相退火的CdT e 薄膜XR D图样2.3 光I -V 特性曲线的测试 Cd Te/CdS太阳电池(电池面积0.071cm 2)的光I -V 特性曲线测试在模拟AM1.5的太阳光照射下进行,光源为甘肃光学仪器公司生产的TG -X1000型氙灯.光强用单晶硅电池校准.图3电池的I -V 特性曲线,表1测得2种电池(a :Cd Te 薄膜未退火;b :Cd Te 薄膜在CdCl 2气相下退火)的开路电压V oc ,短路电流J sc ,填充因子FF ,转换产率η.表1 条件V oc/mV J sc/(mA ・cm -2)FF/%η/%未退火31318.849.48.77CdCl 2退火84224.96411.133 结 论经过CdCl 2气相热处理的研究,Cd Te 晶粒发生了重结晶,使得Cd Te 晶粒尺寸增大,从而改善了Cd Te 薄膜的光学、电学性能.改善后的Cd Te/101第1A 期 冷文建等:CdCl 2气相退火对CdTe/CdS 太阳能电池的影响CdS 太阳能电池各种参数有所提高:V oc =842mV ,J sc =24.9mA/cm 2,FF =64%,η=11.13%.图3 CdT e/Cds 太阳电池I -V 特性曲线a :CdTe 未退火;b :CdTe 退火(380°,15min )致谢 样品的XRD 和SEM 测试分析是在朱居木、曾家玉教授的热心支持下完成的,作者对此表示诚挚谢意.[参 考 文 献][1] POWELL R C ,SASA K A R A ,DORER G ,et al.Devel 2opment of thin 2film CdTe photovoltaics [J ].Technical Digest ot the InteDnational PVSEC —9,Miyazaki ,Japan ,1996:117—120.[2] CHU T L ,CHU S S.Thin film Ⅰ—Ⅵphotovoltaics[J ].S olid 2state Electronics ,1995,38(3):533—549.[3] ARAMO TO T ,KUMAZAWA S ,HIGUCHI H ,et al.16%efficient thin film CdTe/CdS S olar cells[J ].Jpn J Appl Phys ,1997,36(10):6304—6305.[4] G ORDILL G ,FLOREZ J M.Pre paration characteriza 2tion of CdTe thin films doposited by CSS[J ].S olar En 2ergy Materials and S olar cells ,1995,37:273—281.[5] SARLUND J ,RITALA M.Characterization of etchingproparation of CdTe solar Cells[J ].S olar Energy Mate 2rials and S olar Cells ,1966,44:177—190.[6] MORRIS G C ,TANN ER P G ,CR YST J.Growth ,1992,117:929.[7] MORRIS G C ,TO TTSZER A ,DAS S K.Mater Fo 2rum ,1991,15:164.[8] FULOP G ,DO T Y M ,M YERS P ,et al.A ppl PhysLett ,1982,40:327.[9] 蔡 伟,张静全.近空间升华法制备CdTe 薄膜[J ].半导体光电,2001,22:121—127.Effects of CdCl 2Thermal Annealing on Cd Te/CdS Solar CellsL EN G Wen 2jian ,CA I Wei ,ZHAN G Jing 2quan ,ZHEN G Jia 2gui ,CA I Ya 2ping ,L I Wei ,L I Bing ,WU Li 2li ,SHAO Ye ,CA I Dao 2lin ,FEN G Liang 2huan(Department of Materials Science ,Sichuan University ,Chengdu 610064,China )Abstract :The post 2deposition treatment for Cd Te thin films was a critical step in the fabrication of high 2efficiency polycrystalline Cd Te/CdS solar cells.The effects of CdCl 2vapor treatment on Cd Te films were in 2vestigated.The changes in structure ,grain size ,lattice parameter and band gap of Cd Te films before and after CdCl 2treatment were studied by XRD and SEM.A comparison between the effect of current density versus voltage (I -V )characteristics of Cd Te/CdS solar cells with and without CdCl 2treatment on Cd Te films was presented.K ey w ords :Cd Te/CdS solar cell ;Cd Te thin film ;treatment201云南大学学报(自然科学版) 第24卷。
CdS多晶薄膜的电学性质
黄小融;郑家贵;蔡伟;黎兵;蔡亚平;朱居木;冯良桓
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】1998(19)6
【摘要】用化学池沉积方法（ＣＢＤ）制备了ＣｄＳ多晶薄膜，并对薄膜进行了
退火处理，测量了不同ＣｄＳ薄膜光电导、暗电导和电导－温度关系，计算了电导激活能。
结果表明：刚沉积的ＣｄＳ暗电导率为１０－６Ω－１·ｃｍ－１，比光
电导率低二个数量级，退火后，电导升高，电导激活能减小。
Ｘ射线衍射分析表明，经退火后，ＣｄＳ薄膜发生相变，由立方结构变成六方结构。
对上述结果进行了讨论。
【总页数】4页(P404-406)
【关键词】退火;电导率;激活能;硫化镉;多晶薄膜
【作者】黄小融;郑家贵;蔡伟;黎兵;蔡亚平;朱居木;冯良桓
【作者单位】四川师范大学;四川联合大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.25;TN304.055
【相关文献】
1.退火对CdS薄膜和CdS纳米晶的电学与光学性质的影响 [J], 杨一军;杨保华;谢宇
2.CdCl2处理退火CdS多晶薄膜的电学性质研究 [J], 黄小融;张静全;郑家贵;黎兵;
蔡伟
3.退火对CdS多晶薄膜电学性质的影响 [J], 黄小融;郑家贵
4.热处理对射频反应性溅射Cd-Sn合金靶沉积的Cd_2SnO_4薄膜电学和光学性质的影响 [J], 彭栋梁;蒋生蕊;王万录
5.重掺硼多晶硅薄膜的电学性质 [J], 马建一
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单色光电流-电压特性测试在碲化镉太阳电池研究中应用王文武;蒋亚男;张静全【摘要】针对不同结构的碲化镉(CdTe)太阳电池,测试其单色光特性,并计算出不同波长下的收集效率.结果表明,高质量的高阻层能提高太阳电池短波区的收集效率,对提高长波段的收集效率有一定作用;背接触层能够明显在电池背部形成欧姆接触;适当的硫化镉(CdS)层的厚度能够改善窗口层的界面,提升电池的器件性能.通过该测试方法可以获得器件结构与器件性能之间关系,从而为进一步优化电池结构和制备工艺、提高太阳电池转换效率提供依据.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】4页(P10-12,28)【关键词】太阳电池;单色光电流-电压特性;收集效率;碲化镉【作者】王文武;蒋亚男;张静全【作者单位】四川大学材料科学与工程学院,成都610064;四川大学材料科学与工程学院,成都610064;四川大学材料科学与工程学院,成都610064【正文语种】中文【中图分类】O433.1;O472;TK5140 引言单色光电流-电压(I-U)特性测试是指在特定强度、波长的单色光的测试条件下，太阳电池的电压、电流等器件性能测试[1-4]，其不仅能反映太阳电池在不同波长下的器件性能，还可以得到不同波长下的太阳电池的收集效率[5-7]。
太阳电池的收集效率[8]定义为光生电流JL与短路电流JL0的比值。
在CdTe薄膜太阳电池中，收集损失主要是不同器件结构的光生载流子的输运导致。
正如Hegedus等[9]提出的，太阳电池的收集效率可以通过两个不同光照强度的J-U计算得到。
单色光I-U测试有助于分析太阳电池器件结构与其在不同波长范围的器件性能的相关关系，更有利于深入研究太阳电池器件的构造与其对不同波段太阳光响应的关系，从而为进一步提高电池器件性能提供理论依据。
同时单色光I-U测试及收集效率的计算是结合半导体物理与太阳电池器件及器件物理方面知识，能够更好地促进相关专业的学生更深入地了解器件物理及半导体相关理论。
碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池在光谱响应方面具有优良的特性，具体如下：
1. 光谱匹配：碲化镉材料的禁带宽度约为1.45eV至1.5eV，这使得它的光谱响应曲线非常适合地面太阳能光谱。
太阳能光谱的最大强度位于可见光范围内，而CdTe的光吸收系数在这个波段非常高，这意味着它可以有效吸收太阳光谱中的大部分能量，特别是红光到近红外光的部分，这是硅太阳能电池相对不那么敏感的区域。
2. 高吸收系数：碲化镉是一种直接带隙半导体材料，其吸收系数超过10^5 cm^-1，远高于硅材料，意味着即使薄膜厚度较薄（通常在几微米量级），也可以吸收穿过玻璃等透明基板的绝大部分入射光。
3. 宽光谱响应：由于其光吸收能力强，碲化镉薄膜太阳能电池能够吸收95%以上的太阳光，特别是在太阳能光谱的峰值附近，因此其光电转换效率较高。
综上所述，碲化镉太阳能电池因其独特的光谱响应特性，被认为是太阳能电池领域的有力竞争者，尤其在
大规模商业化应用中，其较低的生产成本和较高的能源转换效率受到广泛关注。
Calyxo公司CdTe薄膜太阳能电池效率达到
16.2%
Calyxo公司日前宣布其CdTe碲化镉薄膜太阳能光伏电池的效率达到16.2%，该结果得到德国检测机构SGS的证实。
公司使用其拥有专利的常压沉积工艺生产CdTe太阳能电池。
Calyxo的首席技术官MichaelBauer相信该技术有潜力在年底前实现电池效率17%到18%，组件效率14%到15%。
Calyxo在德国塔尔海姆建有25MWp生产线，拥有员工150人，公司计划在下半年新上马一条60MWp生产线。
Calyxo于2011年2月脱离Q-Cells，目前全资归属其技术开发商美国俄亥俄州的SolarFields公司。
另一方面，福思第一太阳能的CdTe试验太阳能光伏电池的效率在2011年7月时已经达到17.3%，该结果得到美国国家可再生能源实验室(NREL)的证实。
碲化镉薄膜电池优点1.理想的禁带宽度CdTe的禁带宽度一般为1.45eV，CdTe的光谱响应和太阳光谱非常匹配。
2.高光吸收率CdTe的吸收系数在可见光范围高达104cm-1以上，95%的光子可在1μm厚的吸收层内被吸收。
3.转换效率高碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为28%。
4.电池性能稳定一般的碲化镉薄膜太阳能电池的设计使用时间为20年。
5.电池结构简单制造成本低，容易实现规模化生产。
