CdTe多晶薄膜太阳电池的背接触研究

论文摘要

CdTe多晶薄膜太阳电池由于其效率高、制备工艺简单、成本低廉和易于产业化等优点,在最近二十年已经成为薄膜太阳电池领域的研究热点之一。国家在“十五”863计划中也给予了重点支持。制备高效率的CdTe太阳电池,需要解决好几项关键技术,背接触问题就是其中之一。本文以此为研究对象,结合863项目的研究目标,对背接触材料的基本性质和它们应用于器件中的性能进行了系统的研究,最终获得了效率13.38%、填充因子70%以上的小面积CdTe太阳电池,这是目前为止CdTe太阳电池的国内最高记录。同时论文的研究获得了以下创新性进展。1.系统研究了掺铜浓度、热处理温度对ZnTe和ZnTe:Cu薄膜的结构、成分、形貌和光电学性质的影响。在ZnTe:Cu薄膜的反常电导率-温度曲线与ZnTe:Cu薄膜的最佳退火温度之间建立了对应关系,为光伏电池背接触层的制备工艺提供了依据。2.系统研究了衬底温度、热处理温度、Zn组分对Cd1-xZnxTe薄膜的结构、成分、形貌和光电学性质的影响。发现真空蒸发制备的Cd1-xZnxTe薄膜富Te,且随Zn含量和衬底温度的增加而越显著。Cd1-xZnxTe薄膜的禁带宽度与Zn组分呈线性关系,室温电阻率和电导激活能都随Zn组分的增加而减少。3. ZnTe/ZnTe:Cu复合背接触层的应用能够显著降低CdTe太阳电池的串联电阻和增加并联电阻,从而提高电池的各项参数。研究得到了背接触层的最佳制备和处理参数:ZnTe本征层的厚度在25nm～50nm;ZnTe:Cu薄膜的掺铜浓度在4%～7%之间;背接触层的最佳退火温度随Cu浓度的增加而降低,范围在180℃～

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 硅太阳电池
• 1.1.1 晶体硅太阳电池
• 1.1.1.1 单晶硅太阳电池及材料
• 1.1.1.2 多晶硅太阳电池及材料
• 1.1.1.3 其他几种多晶硅类太阳电池及材料
• 1.1.1.4 晶体硅太阳电池的发展趋势
• 1.1.2 非晶硅太阳电池
• 1.1.2.1 非晶硅太阳电池材料与技术
• 1.1.2.2 非晶硅太阳电池的稳定性
• 1.1.2.3 非晶硅太阳电池的应用现状与发展前景
• 1.2 III－V 族化合物半导体太阳电池
• 1.2.1 GaAs 基系太阳电池
• 1.2.2 InP 基系太阳电池
• 1.2.3 III－V 族化合物的新概念太阳电池
• 1.3 化合物半导体薄膜太阳电池
• 1.3.1 铜铟硒薄膜太阳电池
• 1.3.1.1 铜铟硒太阳电池材料与制备技术
• 1.3.1.2 铜铟硒太阳电池的产业化现状与前景
• 1.3.2 CdTe 薄膜太阳电池
• 1.3.2.1 CdTe 薄膜太阳电池材料与制备技术
• 1.3.2.2 CdTe 薄膜太阳电池的产业化现状与前景
• 1.4 CdTe太阳电池的背接触
• 1.4.1 CdTe薄膜电池的背接触问题
• 1.4.1.1 CdTe 的功函数
• 1.4.1.2 CdTe 的掺杂
• 1.4.2 获得欧姆接触的方法
• 1.4.3 各种背接触材料及效果
• 1.4.3.1 金接触
• 1.4.3.2 锂扩散的金接触
• 1.4.3.3 碲化汞（HgTe）
• 1.4.3.4 掺杂石墨浆
• 1.4.3.5 扩散铜接触
• 2Te 接触'>1.4.3.6 Cu₂Te 接触
• 1.4.3.7 ZnTe:Cu 背接触
• 1.4.3.8 Ni－P 接触
• 2Te₃ 接触'>1.4.3.9 Sb₂Te₃接触
• 1.5 论文的研究目的和内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 选题思路
• 1.5.3 论文的研究内容和方案
• 第二章 ZnTe、ZnTe:Cu 薄膜的制备及其性质
• 2.1 引言
• 2.2 ZnTe 和ZnTe:Cu 薄膜的制备及后处理
• 2.2.1 薄膜的制备
• 2.2.2 薄膜的后处理
• 2.3 ZnTe 和ZnTe:Cu 薄膜的性质表征
• 2.3.1 结构
• 2.3.2 成分分析
• 2.3.2.1 EDAX 分析
• 2.3.2.2 XPS 分析
• 2.3.3 表面形貌
• 2.3.4 光学性质
• 2.3.4.1 基本原理
• 2.3.4.2 结果与讨论
• 2.3.5 电学性质
• 2.4 小结
• 1-xZn_xTe 薄膜的制备及其性质'>第三章 Cd_1-xZn_xTe 薄膜的制备及其性质
• 3.1 引言
• 1-xZn_xTe 薄膜的制备及后处理'>3.2 Cd_1-xZn_xTe 薄膜的制备及后处理
• 3.2.1 薄膜的制备
• 3.2.2 薄膜的后处理
• 1-xZn_xTe 薄膜的性质表征'>3.3 Cd_1-xZn_xTe 薄膜的性质表征
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.1.1 刚沉积的薄膜结构
• 3.3.1.2 退火对结构的影响
• 3.3.2 成分分析
• 3.3.3 表面形貌
• 3.3.4 光学性质
• 3.3.5 电学性质
• 3.4 小结
• 1-xZn_xTe/ZnTe:Cu 复合背接触层在 CdTe 薄膜电池中的应用'>第四章 ZnTe/ZnTe:Cu、Cd_1-xZn_xTe/ZnTe:Cu 复合背接触层在 CdTe 薄膜电池中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 CdTe 多晶薄膜电池的制备
• 4.2.1 CdS 多晶薄膜的制备
• 4.2.2 CdTe 多晶薄膜的制备和退火
• 4.2.3 CdTe 多晶薄膜的表面刻蚀
• 4.2.4 真空蒸发法制备ZnTe/CZT 薄膜
• 4.2.5 真空蒸发法制备ZnTe:Cu 薄膜及其后处理
• 4.2.6 真空蒸发法沉积Ni/Au 薄膜
• 4.3 太阳电池器件原理
• 4.3.1 光生伏打效应
• 4.3.2 太阳电池性能参量
• 4.4 ZnTe/ZnTe:Cu 复合背接触层对CdTe 电池性能的影响
• 4.4.1 有无ZnTe/ZnTe:Cu 复合背接触层的CdTe 电池的性能
• 4.4.1.1 基础理论
• 4.4.1.2 结果与讨论
• 4.4.2 复合背接触层的参数对电池性能的影响
• 1-xZn_xTe/ZnTe:Cu 复合背接触层对CdTe 电池性能的影响'>4.5 Cd_1-xZn_xTe/ZnTe:Cu 复合背接触层对CdTe 电池性能的影响
• 4.5.1 CZT 薄膜的厚度对CdTe 电池性能的影响
• 4.5.2 CZT 薄膜的组分对CdTe 电池性能的影响
• 4.6 小结
• 第五章 CdTe 薄膜太阳电池背接触层的理论模拟及设计
• 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
• 5.2.4.1 载流子产生
• 5.2.4.2 载流子复合
• 5.2.5 太阳电池基本方程求解
• 5.3 CdTe 薄膜太阳电池背接触层的器件模拟
• 5.3.1 ZnTe 薄膜的厚度对CdTe 电池性能的影响
• 5.3.2 ZnTe:Cu 薄膜的掺Cu 浓度对CdTe 电池性能的影响
• 1-xZn_xTe 薄膜的组分对CdTe 电池性能的影响'>5.3.3 Cd_1-xZn_xTe 薄膜的组分对CdTe 电池性能的影响
• 1-xZn_xTe 薄膜的厚度对CdTe 电池性能的影响'>5.3.4 Cd_1-xZn_xTe 薄膜的厚度对CdTe 电池性能的影响
• 5.3.5 CdTe 薄膜电池性能的厚度优化
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表的论文
• 参与的科研项目
• 致谢