發(fā)布時(shí)間：2018-05-21 17:48

  本文選題：碲化鎘 + 薄膜�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：碲化鎘(CdTe)是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料。它是直接帶隙半導(dǎo)體,禁帶寬度為1.45 eV,對太陽光譜的響應(yīng)處于最理想的太陽光譜波段,且CdTe在可見光范圍內(nèi)的吸收系數(shù)高達(dá)105 cm-1,比Si的吸收系數(shù)高100倍,只需1 μm厚的薄膜即可吸收99%能量大于其禁帶寬度的光子。因此CdTe是一種特別適合作為太陽電池吸收層的材料。CdTe/CdS多晶薄膜太陽電池有轉(zhuǎn)換效率高、所需材料成本低的優(yōu)勢而具有很大的市場潛力。近幾年,CdTe薄膜電池轉(zhuǎn)換效率提升迅速,目前世界最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)22.1%,超過多晶硅太陽電池的世界最高轉(zhuǎn)換效率,是光伏市場上起主導(dǎo)地位的晶硅太陽電池的有力競爭者。然而,由于CdTe某些材料特性的限制,制備高效穩(wěn)定的CdTe薄膜太陽電池依然存在許多科學(xué)問題需要研究和解決。例如:CdTe的材料功函數(shù)高達(dá)5.7 eV,高于通常金屬背電極的功函數(shù),加上CdTe材料的載流子濃度較低(1013-1014cm-3),且難以對CdTe進(jìn)行摻雜,導(dǎo)致CdTe和背金屬電極難以形成良好的歐姆接觸,嚴(yán)重影響電池的性能;現(xiàn)有含銅背接觸結(jié)構(gòu)雖能降低電池背接觸勢壘,提高電池性能,但銅可以通過CdTe晶界向PN結(jié)擴(kuò)散,在CdTe/CdS形成的PN結(jié)界面處積累,導(dǎo)致電池性能嚴(yán)重衰減;CdTe電池中存在嚴(yán)重的載流子復(fù)合,尤其在背接觸表面,導(dǎo)致CdTe太陽電池的開路電壓較低,CdTe太陽電池的最高開路電壓V。。只有理想值的75%,遠(yuǎn)低于晶硅電池和銅銦摰硒電池等。因此,制備CdTe太陽電池的有效背接觸緩沖層是目前的研究熱點(diǎn)。本文針對CdTe薄膜太陽電池的背接觸緩沖層進(jìn)行了相關(guān)研究。第一章,回顧了太陽電池的背景和研究歷史,介紹了太陽電池的結(jié)構(gòu)、原理和器件輸出特性,概述了 CdTe薄膜太陽電池的發(fā)展歷程、電池結(jié)構(gòu)、材料特性和制備工藝。第二章,基于氧化鎳NiO背接觸緩沖層的研究。使用P型氧化物半導(dǎo)體NiO作為CdTe薄膜太陽電池的背接觸緩沖層材料。通過光電子能譜XPS測試得到的CdTe/NiO界面能帶匹配度很好。CdTe/NiO界面存在導(dǎo)帶偏移,NiO緩沖層可以起到背場反射電子的作用,將背表面處CdTe中的光生電子反射到PN結(jié)處,大幅降低光生電子在電池背表面處的復(fù)合,從而提高電池的開路電壓Voc和轉(zhuǎn)換效率。通過制備不同厚度的NiO緩沖層的CdTe太陽電池,確定了 NiO的最佳厚度為20 nm。繼而通過阻抗譜測試證實(shí)了 NiO作為電池背接觸緩沖層時(shí),背表面處的載流子復(fù)合率較低,確定了 NiO緩沖層在CdTe太陽電池中的背場反射作用。為提高NiO薄膜的導(dǎo)電性,還制備了背接觸結(jié)構(gòu)為3-nm-Cu/20-nm-NiO/Au的CdTe電池,電池開路電壓為796 mV,轉(zhuǎn)換效率為13.5%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該背接觸結(jié)構(gòu)的電池在轉(zhuǎn)換效率和熱穩(wěn)定性上優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)背接觸結(jié)構(gòu)5-nm-Cu/Au的CdTe電池。第三章,基于碘化亞銅CuI背接觸緩沖層的研究。采用熱蒸發(fā)法制備CuI薄膜,通過XRD、紫外-可見光透過光譜和SEM等測試手段,研究了熱處理溫度對CuI薄膜的影響,結(jié)果顯示CuI薄膜需200℃的熱處理溫度才能有良好的襯底覆蓋度。將CuI薄膜作為CdTe太陽電池的背接觸緩沖層,通過對電池器件的測試分析,顯示了 CuI緩沖層的加入可以降低CdTe電池背接觸的肖特基勢壘,降低電池的roll-over現(xiàn)象,提高電池的開路電壓Voc、填充因子FF和轉(zhuǎn)換效率。最后通過XPS測試表征了 CdTe/CuI界面處的能帶排列,研究了 CuI薄膜對載流子傳輸?shù)挠绊憴C(jī)制。
[Abstract]:CdTe / CdS polycrystalline thin film solar cells have high conversion efficiency and low cost . A CdTe solar cell with a back contact structure of 3 - nm - Cu / 20 - nm - NiO / Au is prepared by means of XRD , UV - visible light transmission and SEM .
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.42

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本文編號：1920168