氩氧气氛下沉积的CdTe薄膜及太阳电池的性质

研究了在氩氧气氛下近空间升华沉积CdTe的技术．发展了在表面十分平整的玻璃衬底上沉积优质CdTe薄膜的方法,对比了在玻璃衬底和CdS薄膜上CdTe薄膜的结构特征．通过研究氧分压对CdTe薄膜择优取向的影响,证实了在恰当的近空间升华沉积过程中,两种衬底上的CdTe薄膜具有相同的结构．研究了玻璃衬底上CdTe薄膜的电学与光学性质,观察了后处理对上述薄膜性质的影响,并研制出了效率达1338%的小面积CdTe 薄膜太阳电池．     

Structural and optical properties of Cd_(0.8)Zn_(0.2)S thin films

Cd_(1-x)Zn_xS thin films were deposited on glass substrates by a vacuum coevaporation method.The structural,compositional,and optical properties of as-deposited Cd_(0.8)Zn_(0.2)S films were investigated using X-ray diffraction(XRD),X-ray fluorescence(XRF),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and optical transmittance spectrum.The thin films are hexagonal in structure,with strong preferential orientation along the(002) planes.The composition of Cd_(1-x)Zn_xS thin films monitored by a quartz crystal oscil...     

AlSb多晶薄膜物相结构的实验研究

综合真空共蒸发和磁控溅射的优点,发展了双靶共溅射技术用于制备新型光伏材料AlSb多晶薄膜,采用X射线衍射、X射线荧光光谱、俄歇电子能谱等测试手段结合的分析方法,系统研究了薄膜组分、衬底温度、氧杂质等因素对薄膜物相结构的影响。结果表明,薄膜中Al、Sb原子接近1:1时,不会出现Al或Sb的结晶峰;衬底温度较高的情况下,形成了AlSb金属间化合物为主的多晶薄膜,并随着衬底温度的升高其晶粒得以长大;氧严重影响了AlSb的生成和结晶。     

磁控溅射法制备的CdS:Al薄膜的性质研究

采用Al和CdS双靶共溅射的方法, 调控Al和CdS源的沉积速率, 制备出不同Al掺杂浓度的CdS:Al薄膜。通过XRD、SEM、AFM、紫外-可见透射光谱分析、常温霍尔测试对CdS: Al薄膜的结构、形貌、光学和电学性质进行表征。XRD结果表明, 不同Al掺杂浓度的CdS:Al薄膜均为六方纤锌矿结构的多晶薄膜, 并且在(002)方向择优生长。SEM和AFM结果表明, CdS:Al薄膜的表面均匀致密, 表面粗糙度随着Al掺杂浓度的增加略有增加。紫外-可见透射光谱分析表明, CdS:Al薄膜禁带宽度在2.42~2.46 eV 之间, 随着Al掺杂浓度的增加而略微减小。常温霍尔测试结果证明, 掺Al对CdS薄膜的电学性质影响显著, 掺Al原子浓度3.8%以上的CdS薄膜, 载流子浓度增加了3个数量级, 电阻率下降了3个数量级。掺Al后的CdS薄膜n型更强, 有利于与CdTe形成更强的内建场, 从而提高太阳电池效率。用溅射方法制备的CdS:Al薄膜的性质适合用作CdTe薄膜太阳电池的窗口层。     

CdxTe薄膜的共蒸发法制备及其表征

采用CdTe和Te双源共蒸发的方法, 调控CdTe和Te源的蒸发速率, 首次制备出一系列不同x组分的Cd_xTe二元化合物薄膜, 并在N₂气气氛下进行185℃退火处理。通过XRD、SEM、紫外-可见吸收光谱分析及暗电导率-温度关系对Cd_xTe薄膜的结构、形貌、光学和电学性质进行表征。紫外-可见吸收光谱分析表明, 不同x组分的Cd_xTe薄膜, 其禁带宽度可在0.99~1.46 eV之间变化, 随着x值从0.8减小到0.2, 吸收边向长波方向移动, 而且透过率也显著下降。XRD结果表明, x值小于0.6时, 刚沉积的Cd_xTe薄膜为非晶相; 随着x的值逐渐靠近1, 刚沉积的薄膜明显结晶, 沿CdTe(111)方向择优生长, 退火处理促使薄膜从非晶转变为多晶。Cd_xTe薄膜的导电类型为p型, 其暗电导率随温度的上升而增大, 当温度继续升高至临界点时, 薄膜暗电导率-温度关系出现反常。这些结果表明, Cd_xTe薄膜将有望用于CdTe薄膜太阳电池以拓展电池的长波光谱响应。     

AlSb多晶薄膜材料的性能研究

采用共蒸法制备了新型AlSb多晶薄膜. 通过XRF、XRD、Hall测试及电导率温度关系等研究了AlSb多晶薄膜的组分、结构及性能. 分析表明,刚沉积的AlSb薄膜为非晶相,在540℃以上退火转变为AlSb相,转变的程度取决于退火的温度及Al、Sb的原子配比,其中N_Al∶N_Sb为47.2∶52.8,580℃退火后的薄膜多晶转变最为明显,结晶度较高;测试结果表明,退火后的AlSb薄膜为p型间接带隙半导体,载流子浓度为10¹⁹cm^-1,吸收系数为10⁴,而且在升降温阶段电导率发生不可逆变化. 这种薄膜用于TCO/CdS/AlSb结构的太阳电池器件中已经得到200mV左右的开路电压.     

碲化锌插入层对碲化镉太阳电池性能参数影响的分析

分析了有ZnTe/ZnTe∶Cu插入层的CdTe太阳电池在能带结构上的变化.通过对比有无插入层的CdTe太阳电池在C-V特性、I-V特性、光谱响应上的不同,肯定了插入层对改善背接触特性的作用,发现它还可以改善器件前结CdS/CdTe的二极管特性和短波光谱响应.实验结果还表明,不掺杂的ZnTe对提高器件的效率是必要的.恰当的不掺杂层厚度和退火温度能有效地改进CdTe太阳电池的性能,而对填充因子的提高最为显著.     

Te/Cu/Ni热处理对CdTe太阳电池的影响

在CdTe太阳电池的制备中,采用工艺简单的Te/Cu/Ni结构作为接触来改善CdTe太阳电池的接触特性.采用不同的温度组合对这种结构的CdTe太阳电池进行退火处理.通过热处理前后电池的性能参数变化和暗态I～V、C～V曲线分析了Te/Cu/Ni接触对器件性能的影响.通过分析可以认为Te/Cu/Ni接触的热处理对CdTe太阳电池的性能有重要影响.当Cu退火温度较低时(130 ℃,160 ℃),Te/Cu/Ni的再处理能够显著提高电池效率,使电池最终效率高于Cu高温退火的电池.而Cu退火温度较高时(190 ℃),Te/Cu/Ni的再处理使器件性能变差,且Te/Cu/Ni热处理温度越高,电池性能下降越厉害.实验证明Te/Cu/Ni结构作为CdTe太阳电池的背接触经过合适热处理可能改善电池性能,而且工艺比较简单.     

复合背接触层与背电极的匹配对CdTe太阳电池性能的影响

本文研究Ni和Au两种背电极在有、无ZnTe/ZnTeCu背接触层时对碲化镉太阳电池性能的影响及其机理.试验结果表明,在没有ZnTe/ZrTeCu复合背接触层时,Ni和Au相比,输入特性的填充因子(FF)较差,短路电流密度(Jsc)较大,转换效率(η)较低;在有zrTe复合背接触层时,Ni和Au相比,FF相差较小,而η因Jsc较大而较高.通过暗特性的测试,可以看到,在有了ZnTe复合背接触层以后,Ni作背电极的碲化镉太阳电池,其二极管因子(A)、暗饱和电流(Jo)和旁路电阻(Rsh)等三个参数降低的幅度都比Au作背电极的大.这和ZnTe复合背接触层使Ni背电极碲化镉太阳电池效率有更大提高是吻合的.分析表明,这主要是由于光生电流的增大导致了Jsc的增大.这样用Ni代替Au作背电极会带来降低成本和效率提高的双重改进.