碲化鎘太陽能電池課件

CdTe太陽能電池CdTe太陽能電池110cm*10cm小型碲化鎘薄膜太陽能電池模組10cm*10cm小型碲化鎘薄膜太陽能電池模組碲化鎘太陽能電池研究進(jìn)展碲化鎘太陽能電池原理碲化鎘太陽能電池制作工藝碲化鎘太陽能電池成本估算碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷碲化鎘太陽能電池研究進(jìn)展碲化鎘太陽能電池原理碲化鎘太陽能電池1.研究進(jìn)展第一個(gè)CdTe太陽能電池是由RCA實(shí)驗(yàn)室在CdTe單晶上鍍上In的合金制得的。其光電轉(zhuǎn)換效率為2.1％1.研究進(jìn)展第一個(gè)CdTe太陽能電池是由RCA實(shí)驗(yàn)室在CdT1.研究進(jìn)展n--CdTe／p-Cu2-1Te7%穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)效率存在問題1963年，第一個(gè)異質(zhì)結(jié)CdTe薄膜電池誕生。1.研究進(jìn)展n--CdTe／p-Cu2-1Te7%穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室里由化學(xué)沉積法在P型的CdTe上制備一層超薄的CdS。制備出效率超過10％的異質(zhì)結(jié)p-CdTe／n—CdS薄膜太陽能電池1.研究進(jìn)展glass/TCO／CdS／CdTe1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室里由化學(xué)沉積法在P型的1.研究進(jìn)1.研究進(jìn)展目前，小面積CdTe太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率為16．5%(Voc：845．0mv，Jsc：25．9mA／cm2，F(xiàn)F：75．51％,0．94m2)。由美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造，組件效率達(dá)到10．7％。1.研究進(jìn)展目前，小面積CdTe太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率為1.研究進(jìn)展小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%四川大學(xué)正在進(jìn)行0.1m2組件生產(chǎn)線的建設(shè)和大面積電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。四川大學(xué)制備出效率為13.38%的小面積電池，54cm2集成組件效率達(dá)到7％商業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率約10%現(xiàn)狀1.研究進(jìn)展小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%四川大學(xué)高效、穩(wěn)定且相對(duì)低成本吸收系數(shù)～105/cmCdTe多晶薄膜制備技術(shù)較多，且簡單直接禁帶半導(dǎo)體Ⅱ一Ⅵ族化合物能隙為1．45eVCdTe2.碲化鎘太陽能電池原理高效、穩(wěn)定且相對(duì)吸收系數(shù)～105/cmCdTe多晶薄膜制備直2.碲化鎘太陽能電池原理2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe太陽能電池發(fā)電的原理是基于光伏效應(yīng)，即由太陽光子與半導(dǎo)體相互作而產(chǎn)生電勢從而輸出電流對(duì)外做功。p/n結(jié)型太陽能電池的基本工作原理是：P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成p-n結(jié)，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)，同時(shí)形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的從n型到P型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場，導(dǎo)致多數(shù)載流子反向飄移。當(dāng)這一過程達(dá)到平衡，擴(kuò)散電流和飄移電流相等。當(dāng)有光照射p-n結(jié)，且光子能量大于P-n結(jié)的禁帶寬度時(shí)。吸收層的電子獲得能量躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。在P-n結(jié)附近會(huì)產(chǎn)生電子．空穴對(duì)。產(chǎn)生的非平衡載流子由于內(nèi)建電場作用向空間電荷區(qū)兩端漂移從而產(chǎn)生光生電勢。將p-n結(jié)與外電路導(dǎo)通，電路中會(huì)出現(xiàn)電流。這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe太陽能電池發(fā)電的原理是基于光伏效應(yīng)，即由太陽光子與半

superstrate結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上依次長上透明氧化層（TCO）、CdS、CdTe薄膜，而太陽光是由玻璃襯底上方照射進(jìn)入，先透過TCO層，再進(jìn)入CdS/CdTe結(jié)。而在substrate結(jié)構(gòu)，是先在適當(dāng)?shù)囊r底上長上CdTe薄膜，再接著長CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。2.碲化鎘太陽能電池原理——結(jié)構(gòu)superstrate結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上依次透明導(dǎo)電氧化層n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體降低CdTe與金屬電極接觸勢壘2.碲化鎘太陽能電池原理——結(jié)構(gòu)透明導(dǎo)電氧化層n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體降低CdTe與金屬電極接觸CdTe薄膜太陽能電池能帶圖2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe薄膜太陽能電池能帶圖2.碲化鎘太陽能電池原理2.碲化鎘太陽能電池原理主要對(duì)電池起支架、防止污染和入射太陽光的作用。玻璃襯底2.碲化鎘太陽能電池原理主要對(duì)電池起支架、防止污染和入射太陽2.碲化鎘太陽能電池原理TCO層透明導(dǎo)電氧化層。它主要的作用是透光和導(dǎo)電的作用。用于CdTe／CdS薄膜太陽能電池的TCO必須具備下列的特性：在波長400～860nm的可見光的透過率超過85％：低的電阻率，大約2×10^-4Ωcm數(shù)量級(jí)；在后續(xù)高溫沉積其它薄膜層時(shí)的良好的熱穩(wěn)定性。2.碲化鎘太陽能電池原理TCO層透明導(dǎo)電氧化層。它主要的作用CdS窗口層2.碲化鎘太陽能電池原理n型半導(dǎo)體，與P型CdTe組成p/n結(jié)。CdS的吸收邊大約是521nm，可見幾乎所有的可見光都可以透過。因此CdS薄膜常用于薄膜太陽能電池中的窗口層。CdS窗口層2.碲化鎘太陽能電池原理n型半導(dǎo)體，與P型CdT2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe吸收層電池的主體吸光層，它與n型的CdS窗口層形成的p-n結(jié)是整個(gè)電池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制備太陽能電池的理想的禁帶寬度(Eg=1．45eV)和高的光吸收率(大約10^4/cm)。CdTe的光譜響應(yīng)與太陽光譜幾乎相同。2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe吸收層電池的主體吸光層，它與2.碲化鎘太陽能電池原理背接觸層和背電極降低CdTe和金屬電極的接觸勢壘，引出電流，使金屬電極與CdTe形成歐姆接觸。2.碲化鎘太陽能電池原理背接觸層和背電極降低CdTe和金屬電3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法CdCl2處理工藝流程關(guān)鍵技術(shù)背接觸層3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法CdCl2處理工藝流3.碲化鎘太陽能電池制作工藝工藝流程3.碲化鎘太陽能電池制作工藝工藝流程電沉積、化學(xué)浴沉積等低溫沉積技術(shù)制備的薄膜致密，晶粒細(xì)小。經(jīng)過后處理，晶粒長大。絲網(wǎng)印刷、近空間升華、元素氣相化合等高溫沉積技術(shù)，制備的薄膜，晶粒尺寸在2～3um以上，仍需在含氯化合物+氧氣氛下進(jìn)行后處理，才能制備出較高轉(zhuǎn)換效率的電池，可能的原因是氯不僅促進(jìn)了晶粒的長大，而在CdTe中作為受主雜質(zhì)，鈍化了晶界缺陷。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝電沉積、化學(xué)浴沉積等低溫沉積技術(shù)制備的薄膜致3.碲化鎘太陽能3.碲化鎘太陽能電池制作工藝3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe薄膜制備技術(shù)3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe薄膜制備技術(shù)3.碲化鎘太陽能電池制作工藝3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法特點(diǎn)厚度均勻、晶粒大小適當(dāng)、高效率、設(shè)備簡單、沉積速度高、Cd污染小、易于控制3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法特點(diǎn)厚度均勻近空間升華法沉積設(shè)備示意圖3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法沉積設(shè)備示意圖3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe在高于450度時(shí)升華并分解，當(dāng)它們沉積在較低溫度的襯底上時(shí)，再化合形成多晶薄膜。為了制取厚度均勻、化學(xué)組份均勻、晶粒尺寸均勻的薄膜，不希望鎘離子和碲離子直接蒸發(fā)到襯底上。因此，反應(yīng)室要用保護(hù)性氣體維持一定的氣壓。這樣，源和襯底間的距離必須很小。顯然，保護(hù)氣體的種類和氣壓、源的溫度、襯底的溫度等，是這種方法的最關(guān)鍵的制備條件。保護(hù)氣體以惰性氣體為佳，也可以用氮?dú)夂涂諝?。其中，氦氣最好，被國外大多?shù)研究組采用。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe在高于450度時(shí)升華并分解，當(dāng)它們沉積在較低溫度的襯

近空間升華法是目前被用來生產(chǎn)高效率CdTe薄膜電池最主要的方法------蒸發(fā)源是被置于一與襯底同面積的容器內(nèi)，襯底與源材料要盡量靠近放置，使得兩者之間的溫度差盡量小，從而使薄膜的生長接近理想平衡狀態(tài)。使用化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的源材料，也可以得到化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的CdTe薄膜。一般襯底的溫度可以控制在450～600℃之間，而高品質(zhì)的薄膜可以在大約1um/min的速率沉積下得到。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法是目前被用來生產(chǎn)高效率CdTe薄3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe吸收層的CdCl2處理

幾乎所有沉積技術(shù)所得到的CdTe薄膜，都必須再經(jīng)過CdCl2處理。CdCl2處理能夠進(jìn)一步提高CdTe/CdS異質(zhì)結(jié)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，原因是：①能夠在CdTe和CdS之間形成

界面層，降低界面缺陷態(tài)濃度；②導(dǎo)致CdTe膜的再次結(jié)晶化和晶粒的長大，減少晶界缺陷；③熱處理能夠鈍化缺陷、提高吸收層的載流子壽命。將CdTe薄膜置于約400℃的CdCl2環(huán)境之下，它將會(huì)發(fā)生以下的反應(yīng)

因此，藉著區(qū)域性氣相的傳輸作用，CdCl2的存在促進(jìn)了CdTe的再結(jié)晶過程。不僅比較小的晶粒消失了，連帶著CdTe與CdS的界面結(jié)構(gòu)也比較有次序。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe吸收層的CdCl2處理 3.碲化鎘太陽能電池制作工藝

經(jīng)CdCl2處理后CdTe和CdS的平均晶粒尺寸都大約從0.1um增加到0.5um。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝經(jīng)CdCl2處理3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層CdTe具有很高的功函數(shù)(～5．5eV)，與大多數(shù)的金屬都難以形成歐姆接觸。一種可行的方法是先對(duì)CdTe薄膜表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，再沉積高摻雜的背接觸材料。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層CdTe具有很高的功幾種結(jié)構(gòu)的CdTe太陽電池的性能比較3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層幾種結(jié)構(gòu)的CdTe太陽電池的性能比較3.碲化鎘太陽能電池制作硫化鎘、碲化鎘、復(fù)合背接觸層等三層薄膜的沉積和后處理是獲得高效率的技術(shù)關(guān)鍵3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)硫化鎘、碲化鎘、復(fù)合背接觸層等三層薄膜的沉積和后處理是獲得高激光刻劃CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌

圖中分別用1064nm激光和532nm的激光刻劃CdS/CdTe薄膜后，用探針式表面輪廓分析儀測量的刻痕形貌。

1064nm激光刻劃的刻槽邊緣有高達(dá)4微米的“脊?fàn)罘濉?，這不利于后續(xù)沉積的背電極接觸層及金屬背電極與透明導(dǎo)電薄膜之間形成連續(xù)的具有良好歐姆特性的連接。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)激光刻劃CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌圖中★使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，典型溶液的體積濃度為（硝酸：磷酸：水）0.5：70：29.5，室溫下腐蝕時(shí)間為為1分鐘。降低硝酸濃度和溫度可以進(jìn)一步延長腐蝕。磷硝酸溶液沿晶界的擇優(yōu)腐蝕較為嚴(yán)重，容易在沉積背電極后形成局部的短路漏電通道。使用硝酸-冰乙酸溶液可以進(jìn)一步減輕晶體擇優(yōu)腐蝕程度，獲得更好的膜面腐蝕效果。

3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)表面腐蝕技術(shù)★使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，4.碲化鎘太陽能電池成本估算注：成本計(jì)算依據(jù)①電池結(jié)構(gòu)為玻璃/SnO2：F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe：Cu/Ni②碲化鎘薄膜的厚度為5微米③轉(zhuǎn)換效率7%，

1MW碲化鎘薄膜太陽能電池所消耗的材料的成本

45.4%38.2%4.碲化鎘太陽能電池成本估算注：成本計(jì)算依據(jù)①電池結(jié)構(gòu)為玻4.碲化鎘太陽能電池成本估算可見，碲化鎘和透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成材料成本的主體，分別占到消耗材料總成本的45.4%和38.2%。如將碲化鎘薄膜的厚度減薄1微米，則碲化鎘材料的消耗將降低20%，從而使材料總成本降低9.1%，即從每峰瓦6.21元降為5.64元。如使用99.999%純度的碲化鎘，效率依然能達(dá)到7%，材料成本還將進(jìn)一步降低。

4.碲化鎘太陽能電池成本估算可見，碲化鎘和透明導(dǎo)電玻5.碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷

1碲化鎘薄膜太陽能電池在工業(yè)規(guī)模上成本大大優(yōu)于晶體硅和其他材料的太陽能電池技術(shù)，生產(chǎn)成本僅為0.87美元/W。2其次它和太陽的光譜最一致，可吸收95%以上的陽光。3工藝相對(duì)簡單，標(biāo)準(zhǔn)工藝，低能耗，無污染，生命周期結(jié)束后，可回收，強(qiáng)弱光均可發(fā)電，溫度越高表現(xiàn)越好。優(yōu)勢5.碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷

1碲化鎘薄膜太陽能電池在工業(yè)鎘排放量太陽能電池組件與其他能源的鎘排放量的比較圖5.碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷

鎘排放量太陽能電池組件與其他能源的鎘排放量的比較圖5.碲化缺點(diǎn)第一，碲原料稀缺，無法保證碲化鎘太陽能電池的不斷增產(chǎn)的需求。第二，鎘作為重金屬是有毒的。碲化鎘太陽能電池在生產(chǎn)和使用過程中的萬一有排放和污染，會(huì)影響環(huán)境5.碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷

缺點(diǎn)第一，碲原料稀缺，無法保證碲化鎘太陽能電池的不斷增產(chǎn)的需前景展望碲化鎘薄膜太陽能電池正日益受到國內(nèi)外的關(guān)注。全球最大的碲化鎘太陽能電池制造商——美國FirstSolar公司正加速擴(kuò)大產(chǎn)能，該公司正在德國建設(shè)年產(chǎn)量100MW的工廠，該工廠得到歐盟4000萬歐元的投資。同時(shí)，F(xiàn)irstSolar還計(jì)劃在美國本土和亞洲分別建設(shè)一個(gè)100MW的工廠。鑒于碲化鎘薄膜太陽能電池的發(fā)展前景，日本計(jì)劃再啟動(dòng)碲化鎘薄膜太陽能電池的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究，意大利和德國也在進(jìn)行類似的工作。國內(nèi)四川大學(xué)的碲化鎘薄膜太陽能電池工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展順利，將推動(dòng)我國碲化鎘薄膜太陽能電池的規(guī)模生產(chǎn)。前景展望碲化鎘薄膜太陽能電池正日益受到國內(nèi)外的關(guān)注。全球最大參考文獻(xiàn)【l】馮垛生，張淼，趙慧，林珊．2009．太陽能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用[M】，北京：人民郵電出版社．【2】楊德仁．2006．太陽電池材料【M】，北京：化學(xué)工業(yè)出版社．【3】劉柏謙，洪慧，王立剛．2009．能源工程概論【M】，北京：化學(xué)工業(yè)出版社．【4】張輝，馬向陽，楊德仁，闕端麟．2003．化學(xué)沉積法制備CdS薄膜及性質(zhì)研究叨．太陽能學(xué)報(bào)．24：1．4．【5】Morales—AcevedoArturo．2006．CanweimprovetherecordefficiencyofCdS／CdTe

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solarcells[J]．Int．J．SolarEnergy,12：95-108.【7】黎兵,蔡亞平,朱居木,等.CdS多晶薄膜的制備及其性能研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1999,36:450-452.參考文獻(xiàn)【l】馮垛生，張淼，趙慧，林珊．2009．太陽能發(fā)電碲化鎘太陽能電池課件CdTe太陽能電池CdTe太陽能電池4410cm*10cm小型碲化鎘薄膜太陽能電池模組10cm*10cm小型碲化鎘薄膜太陽能電池模組碲化鎘太陽能電池研究進(jìn)展碲化鎘太陽能電池原理碲化鎘太陽能電池制作工藝碲化鎘太陽能電池成本估算碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷碲化鎘太陽能電池研究進(jìn)展碲化鎘太陽能電池原理碲化鎘太陽能電池1.研究進(jìn)展第一個(gè)CdTe太陽能電池是由RCA實(shí)驗(yàn)室在CdTe單晶上鍍上In的合金制得的。其光電轉(zhuǎn)換效率為2.1％1.研究進(jìn)展第一個(gè)CdTe太陽能電池是由RCA實(shí)驗(yàn)室在CdT1.研究進(jìn)展n--CdTe／p-Cu2-1Te7%穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)效率存在問題1963年，第一個(gè)異質(zhì)結(jié)CdTe薄膜電池誕生。1.研究進(jìn)展n--CdTe／p-Cu2-1Te7%穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室里由化學(xué)沉積法在P型的CdTe上制備一層超薄的CdS。制備出效率超過10％的異質(zhì)結(jié)p-CdTe／n—CdS薄膜太陽能電池1.研究進(jìn)展glass/TCO／CdS／CdTe1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室里由化學(xué)沉積法在P型的1.研究進(jìn)1.研究進(jìn)展目前，小面積CdTe太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率為16．5%(Voc：845．0mv，Jsc：25．9mA／cm2，F(xiàn)F：75．51％,0．94m2)。由美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造，組件效率達(dá)到10．7％。1.研究進(jìn)展目前，小面積CdTe太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率為1.研究進(jìn)展小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%四川大學(xué)正在進(jìn)行0.1m2組件生產(chǎn)線的建設(shè)和大面積電池生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)。四川大學(xué)制備出效率為13.38%的小面積電池，54cm2集成組件效率達(dá)到7％商業(yè)組件的轉(zhuǎn)換效率約10%現(xiàn)狀1.研究進(jìn)展小面積電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了16.5%四川大學(xué)高效、穩(wěn)定且相對(duì)低成本吸收系數(shù)～105/cmCdTe多晶薄膜制備技術(shù)較多，且簡單直接禁帶半導(dǎo)體Ⅱ一Ⅵ族化合物能隙為1．45eVCdTe2.碲化鎘太陽能電池原理高效、穩(wěn)定且相對(duì)吸收系數(shù)～105/cmCdTe多晶薄膜制備直2.碲化鎘太陽能電池原理2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe太陽能電池發(fā)電的原理是基于光伏效應(yīng)，即由太陽光子與半導(dǎo)體相互作而產(chǎn)生電勢從而輸出電流對(duì)外做功。p/n結(jié)型太陽能電池的基本工作原理是：P型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成p-n結(jié)，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)，同時(shí)形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的從n型到P型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場，導(dǎo)致多數(shù)載流子反向飄移。當(dāng)這一過程達(dá)到平衡，擴(kuò)散電流和飄移電流相等。當(dāng)有光照射p-n結(jié)，且光子能量大于P-n結(jié)的禁帶寬度時(shí)。吸收層的電子獲得能量躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。在P-n結(jié)附近會(huì)產(chǎn)生電子．空穴對(duì)。產(chǎn)生的非平衡載流子由于內(nèi)建電場作用向空間電荷區(qū)兩端漂移從而產(chǎn)生光生電勢。將p-n結(jié)與外電路導(dǎo)通，電路中會(huì)出現(xiàn)電流。這一現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe太陽能電池發(fā)電的原理是基于光伏效應(yīng)，即由太陽光子與半

superstrate結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上依次長上透明氧化層（TCO）、CdS、CdTe薄膜，而太陽光是由玻璃襯底上方照射進(jìn)入，先透過TCO層，再進(jìn)入CdS/CdTe結(jié)。而在substrate結(jié)構(gòu)，是先在適當(dāng)?shù)囊r底上長上CdTe薄膜，再接著長CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。2.碲化鎘太陽能電池原理——結(jié)構(gòu)superstrate結(jié)構(gòu)是在玻璃襯底上依次透明導(dǎo)電氧化層n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體降低CdTe與金屬電極接觸勢壘2.碲化鎘太陽能電池原理——結(jié)構(gòu)透明導(dǎo)電氧化層n型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體降低CdTe與金屬電極接觸CdTe薄膜太陽能電池能帶圖2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe薄膜太陽能電池能帶圖2.碲化鎘太陽能電池原理2.碲化鎘太陽能電池原理主要對(duì)電池起支架、防止污染和入射太陽光的作用。玻璃襯底2.碲化鎘太陽能電池原理主要對(duì)電池起支架、防止污染和入射太陽2.碲化鎘太陽能電池原理TCO層透明導(dǎo)電氧化層。它主要的作用是透光和導(dǎo)電的作用。用于CdTe／CdS薄膜太陽能電池的TCO必須具備下列的特性：在波長400～860nm的可見光的透過率超過85％：低的電阻率，大約2×10^-4Ωcm數(shù)量級(jí)；在后續(xù)高溫沉積其它薄膜層時(shí)的良好的熱穩(wěn)定性。2.碲化鎘太陽能電池原理TCO層透明導(dǎo)電氧化層。它主要的作用CdS窗口層2.碲化鎘太陽能電池原理n型半導(dǎo)體，與P型CdTe組成p/n結(jié)。CdS的吸收邊大約是521nm，可見幾乎所有的可見光都可以透過。因此CdS薄膜常用于薄膜太陽能電池中的窗口層。CdS窗口層2.碲化鎘太陽能電池原理n型半導(dǎo)體，與P型CdT2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe吸收層電池的主體吸光層，它與n型的CdS窗口層形成的p-n結(jié)是整個(gè)電池最核心的部分。多晶CdTe薄膜具有制備太陽能電池的理想的禁帶寬度(Eg=1．45eV)和高的光吸收率(大約10^4/cm)。CdTe的光譜響應(yīng)與太陽光譜幾乎相同。2.碲化鎘太陽能電池原理CdTe吸收層電池的主體吸光層，它與2.碲化鎘太陽能電池原理背接觸層和背電極降低CdTe和金屬電極的接觸勢壘，引出電流，使金屬電極與CdTe形成歐姆接觸。2.碲化鎘太陽能電池原理背接觸層和背電極降低CdTe和金屬電3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法CdCl2處理工藝流程關(guān)鍵技術(shù)背接觸層3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法CdCl2處理工藝流3.碲化鎘太陽能電池制作工藝工藝流程3.碲化鎘太陽能電池制作工藝工藝流程電沉積、化學(xué)浴沉積等低溫沉積技術(shù)制備的薄膜致密，晶粒細(xì)小。經(jīng)過后處理，晶粒長大。絲網(wǎng)印刷、近空間升華、元素氣相化合等高溫沉積技術(shù)，制備的薄膜，晶粒尺寸在2～3um以上，仍需在含氯化合物+氧氣氛下進(jìn)行后處理，才能制備出較高轉(zhuǎn)換效率的電池，可能的原因是氯不僅促進(jìn)了晶粒的長大，而在CdTe中作為受主雜質(zhì)，鈍化了晶界缺陷。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝電沉積、化學(xué)浴沉積等低溫沉積技術(shù)制備的薄膜致3.碲化鎘太陽能3.碲化鎘太陽能電池制作工藝3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe薄膜制備技術(shù)3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe薄膜制備技術(shù)3.碲化鎘太陽能電池制作工藝3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法特點(diǎn)厚度均勻、晶粒大小適當(dāng)、高效率、設(shè)備簡單、沉積速度高、Cd污染小、易于控制3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法特點(diǎn)厚度均勻近空間升華法沉積設(shè)備示意圖3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法沉積設(shè)備示意圖3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe在高于450度時(shí)升華并分解，當(dāng)它們沉積在較低溫度的襯底上時(shí)，再化合形成多晶薄膜。為了制取厚度均勻、化學(xué)組份均勻、晶粒尺寸均勻的薄膜，不希望鎘離子和碲離子直接蒸發(fā)到襯底上。因此，反應(yīng)室要用保護(hù)性氣體維持一定的氣壓。這樣，源和襯底間的距離必須很小。顯然，保護(hù)氣體的種類和氣壓、源的溫度、襯底的溫度等，是這種方法的最關(guān)鍵的制備條件。保護(hù)氣體以惰性氣體為佳，也可以用氮?dú)夂涂諝狻Ｆ渲?，氦氣最好，被國外大多?shù)研究組采用。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe在高于450度時(shí)升華并分解，當(dāng)它們沉積在較低溫度的襯

近空間升華法是目前被用來生產(chǎn)高效率CdTe薄膜電池最主要的方法------蒸發(fā)源是被置于一與襯底同面積的容器內(nèi)，襯底與源材料要盡量靠近放置，使得兩者之間的溫度差盡量小，從而使薄膜的生長接近理想平衡狀態(tài)。使用化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的源材料，也可以得到化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確的CdTe薄膜。一般襯底的溫度可以控制在450～600℃之間，而高品質(zhì)的薄膜可以在大約1um/min的速率沉積下得到。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝近空間升華法是目前被用來生產(chǎn)高效率CdTe薄3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe吸收層的CdCl2處理

幾乎所有沉積技術(shù)所得到的CdTe薄膜，都必須再經(jīng)過CdCl2處理。CdCl2處理能夠進(jìn)一步提高CdTe/CdS異質(zhì)結(jié)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，原因是：①能夠在CdTe和CdS之間形成

界面層，降低界面缺陷態(tài)濃度；②導(dǎo)致CdTe膜的再次結(jié)晶化和晶粒的長大，減少晶界缺陷；③熱處理能夠鈍化缺陷、提高吸收層的載流子壽命。將CdTe薄膜置于約400℃的CdCl2環(huán)境之下，它將會(huì)發(fā)生以下的反應(yīng)

因此，藉著區(qū)域性氣相的傳輸作用，CdCl2的存在促進(jìn)了CdTe的再結(jié)晶過程。不僅比較小的晶粒消失了，連帶著CdTe與CdS的界面結(jié)構(gòu)也比較有次序。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝CdTe吸收層的CdCl2處理 3.碲化鎘太陽能電池制作工藝

經(jīng)CdCl2處理后CdTe和CdS的平均晶粒尺寸都大約從0.1um增加到0.5um。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝經(jīng)CdCl2處理3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層CdTe具有很高的功函數(shù)(～5．5eV)，與大多數(shù)的金屬都難以形成歐姆接觸。一種可行的方法是先對(duì)CdTe薄膜表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，再沉積高摻雜的背接觸材料。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層CdTe具有很高的功幾種結(jié)構(gòu)的CdTe太陽電池的性能比較3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——背接觸層幾種結(jié)構(gòu)的CdTe太陽電池的性能比較3.碲化鎘太陽能電池制作硫化鎘、碲化鎘、復(fù)合背接觸層等三層薄膜的沉積和后處理是獲得高效率的技術(shù)關(guān)鍵3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)硫化鎘、碲化鎘、復(fù)合背接觸層等三層薄膜的沉積和后處理是獲得高激光刻劃CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌

圖中分別用1064nm激光和532nm的激光刻劃CdS/CdTe薄膜后，用探針式表面輪廓分析儀測量的刻痕形貌。

1064nm激光刻劃的刻槽邊緣有高達(dá)4微米的“脊?fàn)罘濉?，這不利于后續(xù)沉積的背電極接觸層及金屬背電極與透明導(dǎo)電薄膜之間形成連續(xù)的具有良好歐姆特性的連接。3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)激光刻劃CdTe薄膜激光刻劃刻痕形貌圖中★使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，典型溶液的體積濃度為（硝酸：磷酸：水）0.5：70：29.5，室溫下腐蝕時(shí)間為為1分鐘。降低硝酸濃度和溫度可以進(jìn)一步延長腐蝕。磷硝酸溶液沿晶界的擇優(yōu)腐蝕較為嚴(yán)重，容易在沉積背電極后形成局部的短路漏電通道。使用硝酸-冰乙酸溶液可以進(jìn)一步減輕晶體擇優(yōu)腐蝕程度，獲得更好的膜面腐蝕效果。

3.碲化鎘太陽能電池制作工藝——關(guān)鍵技術(shù)表面腐蝕技術(shù)★使用磷酸-硝酸混合溶液可以獲得較好的腐蝕效果，4.碲化鎘太陽能電池成本估算注：成本計(jì)算依據(jù)①電池結(jié)構(gòu)為玻璃/SnO2：F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe：Cu/Ni②碲化鎘薄膜的厚度為5微米③轉(zhuǎn)換效率7%，

1MW碲化鎘薄膜太陽能電池所消耗的材料的成本

45.4%38.2%4.碲化鎘太陽能電池成本估算注：成本計(jì)算依據(jù)①電池結(jié)構(gòu)為玻4.碲化鎘太陽能電池成本估算可見，碲化鎘和透明導(dǎo)電玻璃構(gòu)成材料成本的主體，分別占到消耗材料總成本的45.4%和38.2%。如將碲化鎘薄膜的厚度減薄1微米，則碲化鎘材料的消耗將降低20%，從而使材料總成本降低9.1%，即從每峰瓦6.21元降為5.64元。如使用99.999%純度的碲化鎘，效率依然能達(dá)到7%，材料成本還將進(jìn)一步降低。

4.碲化鎘太陽能電池成本估算可見，碲化鎘和透明導(dǎo)電玻5.碲化鎘太陽能電池優(yōu)勢與缺陷

1碲化鎘薄膜太陽能電池在工業(yè)規(guī)模上成本大大優(yōu)于晶體硅和其他材料的太陽能電池技術(shù)，生產(chǎn)成