碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池是一種極具開發(fā)潛力和應(yīng)用價(jià)值的光伏能量轉(zhuǎn)化器件。CdTe作為光吸收層,其光學(xué)帶隙寬度為1.45-1.5 eV,與太陽光譜匹配較好,只需要2μm的厚度就可以吸收90%以上的太陽光輻射能。硫化鎘(CdS)是直接帶隙半導(dǎo)體材料,帶隙寬度的理論值為2.42 eV,可以透過大部分可見光,是一種理想的窗口型材料。因此CdTe和CdS非常適合制備薄膜太陽能電池。盡管在過去十年中,CdTe太陽能電池制造取得了很大進(jìn)展,但仍有一些關(guān)鍵問題有待解決。這些關(guān)鍵問題可以概括為以下幾點(diǎn):(1)如何實(shí)現(xiàn)CdTe的有效摻雜;(2)如何制備一種低接觸電阻的電極;(3)如何制備窗口層CdS薄膜,使其滿足以下要求:薄膜足夠薄、均勻致密、附著性好及材料電阻低;(4)如何有效的控制CdS與CdTe接觸面的互擴(kuò)散問題。本文采用均相沉積的方法制備CdS薄膜。實(shí)驗(yàn)中以FTO為基底,氯化鎘(CdCl_2)提供鎘源,硫脲(CS(NH_2)_2)提供硫源和尿素(CO(NH_2)_2)水解提供氫氧根離子來制備CdS薄膜。主要研究了水浴溫度、CO(NH_2)_2濃度、鎘(Cd)元素濃度、硫(S)元素濃度和沉積時(shí)間對(duì)制備CdS薄膜質(zhì)量的影響。X射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明,所制備的CdS薄膜屬于六方晶系,為纖鋅礦結(jié)構(gòu);以水浴溫度為90℃,尿素濃度為1.5 M,鎘硫濃度比為0.02 M:0.2 M和沉積時(shí)間為1 h,進(jìn)行兩次沉積的實(shí)驗(yàn)條件制備的薄膜平整均勻致密,適合作為CdTe薄膜電池的窗口層。把制備好的CdS薄膜應(yīng)用于CdTe薄膜太陽能電池的制備中。在CdS薄膜上通過磁控濺射的方法制備CdTe薄膜,制備條件是壓強(qiáng)設(shè)定為0.7 Pa,濺射功率設(shè)定為90 W,沉積時(shí)間為0.5 h,靶基距為7 cm,制備厚度約為1μm的CdTe薄膜。采用離子濺射儀在處理好的CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)薄膜表面直接鍍金作為電極。研究了CdS薄膜厚度對(duì)薄膜電池效率的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),CdS薄膜厚度小于200nm在濺射CdTe薄膜時(shí)容易脫落。CdS薄膜厚度大于200nm時(shí)可能由于CdS薄膜吸光性能變強(qiáng),導(dǎo)致太陽能電池的光電性能降低。研究了在不同環(huán)境下退火處理工藝對(duì)CdS薄膜的影響,以及對(duì)太陽能電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不同退火環(huán)境下(空氣、氮?dú)�、真�?對(duì)CdS薄膜進(jìn)行退火會(huì)影響薄膜的電阻率,在氮?dú)庵型嘶餋dS薄膜的電阻最小,太陽能電池的性能最好。研究了在氮?dú)夥諊?退火溫度對(duì)CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)薄膜的影響,400℃是最佳的退火溫度。當(dāng)溫度高于400℃時(shí),薄膜會(huì)出現(xiàn)孔洞,影響電池的光電性能。當(dāng)溫度低于400℃時(shí),CdS與CdTe薄膜不能很好地結(jié)合在一起。研究了退火對(duì)電極制備的影響,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)電極退火可以促進(jìn)金電極與碲化鎘薄膜的結(jié)合,退火溫度為150℃時(shí)有利于改善電池性能。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

第一章 緒論個(gè)原子的繞核運(yùn)轉(zhuǎn)電子開始同鄰近原子在任何允許的能級(jí)上存在的電子數(shù)。這成能帶。如圖 1.1 所示是半導(dǎo)體能帶示。半導(dǎo)體的基本能帶存在一系列滿帶，，最下面的空帶稱為導(dǎo)帶。禁帶通常指即電子不會(huì)占據(jù)的狀態(tài)。當(dāng)有不穩(wěn)定激發(fā)，價(jià)帶的某些電子受到激發(fā)而躍遷半導(dǎo)體導(dǎo)電。價(jià)帶剩余電子的導(dǎo)電作用們把這種等效的帶正電的準(zhǔn)粒子叫做空是相當(dāng)?shù)�，我們稱這樣的能量激發(fā)為本導(dǎo)體。

圖1.3太陽能電池的等效電路太陽能電池的等效電路如圖 1.3 所示。在該電路中，p-n 結(jié)二極管表示太陽能電池。Rs表示電池中串聯(lián)電阻，其主要來自于半導(dǎo)體本身電阻、金屬電極與半導(dǎo)體的接觸電阻和輸出到外部的導(dǎo)電電極的電阻。RSH表示并聯(lián)電阻，其主要來自于太陽能電池 p-n 結(jié)界面處缺陷、材料本身的缺陷、太陽能電池的邊緣與表面所存在的缺陷、摻雜 r 所造成的載流子復(fù)合等等。1.2.2.2太陽能電池的性能參數(shù)（1）短路電流密度：在太陽光照射下，太陽能電池處于一定的環(huán)境中，其正負(fù)極輸出電壓為零時(shí)，輸出的電流稱為短路電流。短路電流與太陽能電池受光面積的比值稱為短路電流密度。短路電流密度的大小受到電子-空穴對(duì)的分離效率和遷移率的影響。

第一章 緒論TiO2導(dǎo)帶后通過擴(kuò)散或漂移運(yùn)動(dòng)發(fā)生定向輸運(yùn)現(xiàn)象，最終通過外部回路傳輸?shù)綄?duì)電極。與此同時(shí)，電解液中的 I3-在對(duì)電極上得到電子被還原為 I-，而電子注入后的氧化態(tài)染料又被 I-還原成基態(tài)，I-自身被氧化成 I3-，這樣一個(gè)完整的循環(huán)過程就完成了[4-6]。如圖 1.5 所示是其結(jié)構(gòu)示意圖[7]：
【參考文獻(xiàn)】

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1 李懷輝;王小平;王麗軍;劉欣欣;梅翠玉;劉仁杰;江振興;趙凱麟;;硅半導(dǎo)體太陽能電池進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年19期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳延麗;PbS/CdS/TiO_2光陽極的改性及其光電性能研究[D];吉林大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李亞丹;硅太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究[D];黑龍江大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2867941