【摘要】：CdTe為直接帶隙半導(dǎo)體材料,禁帶寬度為1.45 eV,且具有較高的光吸收系數(shù),可見光范圍內(nèi)高達(dá)105cm-1,2 μm厚度的CdTe吸收層能夠吸收99%的能量高于其禁帶寬度的光子,同時(shí),CdTe為二元化合物半導(dǎo)體,制備工藝簡(jiǎn)單,因此,CdTe是一應(yīng)用前景非常好的光伏材料。CdTe薄膜太陽電池是一以p型CdTe多晶半導(dǎo)體為吸光層材料的太陽電池。近年來,CdTe太陽電池發(fā)展迅速,目前,CdTe太陽電池實(shí)驗(yàn)室最高效率達(dá)到22.1%,商業(yè)化的組件效率為18.6%,在光伏行業(yè)內(nèi),CdTe電池市場(chǎng)占比不斷升高,成為薄膜太陽電池中的翹楚。CdTe電池的短路電流密度已經(jīng)達(dá)到理論值,但開路電壓和填充因子比理論值低很多,若要在光伏市場(chǎng)上保持持久的競(jìng)爭(zhēng)力,CdTe電池仍然存在許多關(guān)鍵科學(xué)問題需要解決,例如:CdTe材料載流子濃度較低,通常約為1013-1014cm-3;CdTe具有很強(qiáng)的自補(bǔ)償效應(yīng),難以實(shí)現(xiàn)有效地p型摻雜,造成電池的載流子濃度和開路電壓較低,串聯(lián)電阻較高;CdTe功函數(shù)較高,約為5.7 eV,難以找到相匹配的金屬與之形成歐姆接觸,導(dǎo)致電池背電極處形成接觸勢(shì)壘,不利于空穴的輸運(yùn)與收集;CdTe電池內(nèi)部存在多種接觸界面,界面復(fù)合會(huì)引起少數(shù)載流子壽命下降,電池開路電壓下降;CdTe電池內(nèi)部存在多種漏電通道,降低了電池的輸出電流;摻雜元素會(huì)擴(kuò)散至CdS/CdTe界面,降低電池長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。針對(duì)CdTe薄膜太陽電池中的關(guān)鍵科學(xué)問題,本論文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)CdTe電池進(jìn)行了研究:第一章,介紹了太陽電池的發(fā)展概況及未來前景,闡述了基于半導(dǎo)體p-n結(jié)的太陽電池的結(jié)構(gòu)、原理及輸出特性,最后概述了 CdTe薄膜太陽電池的發(fā)展歷程、電池結(jié)構(gòu)、材料特性和關(guān)鍵技術(shù)問題。第二章,研究了 GaAs和CdTe薄膜太陽電池在弱光條件下的輸出特性。系統(tǒng)分析了兩種電池的性能參數(shù)隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系。并通過對(duì)比兩種電池的弱光性能差異,結(jié)合兩種電池結(jié)構(gòu)、電池材料結(jié)晶性、活性層摻雜濃度、界面態(tài)等特點(diǎn),分析影響CdTe電池弱光性能的主要限制因素。通過對(duì)GaAs和CdTe兩種電池效率隨光照強(qiáng)度變化的分析,建立理想情況下電池效率與光照強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。第三章,研究了 CdTe薄膜太陽電池中空間電荷限制電流的形成機(jī)理,制備了簡(jiǎn)化的FTO/CdTe/metal金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu),并分析該結(jié)構(gòu)在CdTe太陽電池中的形成原因。分析了空間電荷限制電流對(duì)CdTe太陽電池漏電電流的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析表明,空間電荷限制電流能大幅降低CdTe太陽電池中少數(shù)載流子的壽命,減小電池的開路電壓。第四章,使用CoO作為CdTe太陽電池背接觸緩沖層。CoO緩沖層在CdTe背接觸處起到背電場(chǎng)與電子反射層的作用,一方面降低了少數(shù)載流子在背接觸界面處的復(fù)合,提高了少數(shù)載流子壽命和電池的開路電壓,另一方面有助于空穴的傳輸與收集,提升了電池的短路電流密度。同時(shí),使用CoO緩沖層可降低CdTe電池背接觸處Cu的使用量,提高CdTe電池器件的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。第五章,研究了 CdTe太陽電池的導(dǎo)納譜(電容-頻率曲線)以及不同背接觸結(jié)構(gòu)的CdTe電池阻抗譜。通過對(duì)CdTe電池的C-V曲線分析,獲得電池內(nèi)部載流子濃度的分布情況和CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)。通過對(duì)CdTe電池導(dǎo)納譜的研究與分析,獲得了 CdTe電池內(nèi)部和CdS/CdTe界面處缺陷態(tài)濃度隨缺陷能級(jí)的分布情況。第六章,總結(jié)了本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論,并簡(jiǎn)單概述了 CdTe太陽電池未來的發(fā)展方向。
【圖文】：

新結(jié)構(gòu)太陽電池被提出，如：疊層太陽電池、聚光太陽電池、柔性太逡逑陽電池、量子點(diǎn)太陽電池、染料敏化太陽電池、有機(jī)太陽電池、硒化銻薄膜太陽逡逑電池、鈣鈦礦太陽電池等太陽電池的效率也取得了巨大的突破，圖１．１為逡逑不同種類太陽電池最高效率的歷史變化曲線，該圖由美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室逡逑（ＮＲＥＬ）于２０１８年７月１７日提供。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ邐ＨＮＲＥＬ逡逑５２１邐邐邐邐邐—逡逑Ｂａｆｅｊｕｎｃｂｅｉｎ邋Ｃａ＾？邋ｉＺ－Ｋｆｔｒｍｔ．邐Xu５？＾逡逑４８－逡逑0邋Ｕ、邐＾Ｘ邋ｈｉ＜邐邐逡逑丨邐Ｏ邋Ｋ－ｍｐ＞0ｉｅ＞３，，＾逡逑Ｕ邋－邐%煎危螅幔觶浚睿幔潁浚潁錚潁懼危擼咤危跡櫻冢攏皺義希櫻誨巍у義希螅簦蓿潁擔(dān)危駑危螅幔簀義希常叮ぃ掊巍危蓿罰澹掊濉鰣危皰義�？邋３２邋－逦．邋．，一ｔ３＊辶x喜反乓誨危椋駑義希福

本文編號(hào)：2623018