单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,11.1,引言,11.2,材料性质,11.3,太阳电池的结构及工作原理,11.4,薄膜材料及太阳电池的制备工艺,11.5,薄膜太阳电池的发展现状和前景,11 -,族多晶薄膜太阳电池材料,11.1,引言,近年来光伏市场发展及其迅速。为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产化发展的要求，最有效的办法是发展薄膜太阳电池技术。,在薄膜光伏材料中，,CdTe,已成为公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料。,20,世纪,70,年代开始，另一种制作薄膜太阳电池的新材料,CuInSe,2,薄膜材料获得迅速发展。,11.2,材料性质,11.2.1 CdTe,薄膜材料性质,1,）结构性质,CdTe,是,-,族化合物，是直接带隙材料，带隙为,1.45eV,。且其光谱响应与太阳光谱十分吻合。,2,）光学性质,由于,CdTe,薄膜具有直接带隙结构，所以对波长小于吸收边的光，其光吸收系数极大。,3,）电学性质,CdTe,是,-,族化合物半导体，其结构与,Si,、,Ge,有相似之处，即其晶体主要靠共价键合物结合，但具有一定的离子性。,11.2.2 CdS,薄膜材料性质,1,）结构性质,CdS,是非常重要的,-,族化合物半导体材料。,CdS,薄膜具有纤锌矿结构，是直接带隙材料，带隙较宽，为,2.42eV,。实验证明，由于,CdS,层吸收的光谱损失不仅和,CdS,薄膜的厚度有关，还与薄膜形成方式有关。,2,）光学性质,CdS,薄膜广泛应用于太阳电池窗口层，并作为,n,型层与,p,型材料形成,pn,结，从而构成太阳电池。,3,）电学性质,一般而言，本征,CdS,薄膜的串联电阻很高，不利于做窗口层，但当衬底温度在,300,350,之间时，将,In,扩散入,CdS,中，本征,CdS,变成,n- CdS,，电导率可达,10,2,S/cm,。,11.2.2,CuInSe,2,薄膜材料性质,1,）结构性质,CuInSe,2,是非常重要的,-,族化合物半导体材料。具有黄铜矿、闪锌矿两个同素异形的晶体结构。,CuInSe,2,是直接带隙半导体材料，,77K,时的带隙为,1.04eV,，,300K,时为,1.02eV,，带隙对温度变化不敏感。,2,）光学性质,CuInSe,2,具有一个,0.95eV,1.04eV,的允许直接本征吸收限和一个,1.27eV,的禁带直接吸收限，以及由于,DOW Redfiled,效应而引起的在低吸收区的附加吸收。,3,）电学性质,CuInSe,2,材料的电学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）主要取决于材料各元素组分比，以及由于偏离化学计量比而引起的固有缺陷（如空位、填隙原子、替位原子），此外还与非本征掺杂和晶界有关。,11.3,太阳电池的结构及工作原理,11.3.1 CdTe/CdS,太阳电池,CdTe/CdS,薄膜太阳电池参数的理论值为：开路电压（,V,OC,）,1050mV,；短路电流（,J,SC,）,30.8mA/cm,2,；填充因子（,FF,）,83.7,；转换效率约,27,。,下图列出典型,CdTe/CdS,太阳电池性能。,11.3.2 CuInSe,2,太阳电池,近,20,年来，出现了多种以,CuInSe,2,薄膜材料为基础得同质结太阳电池和异结太阳电池主要有：,n-CdS/P-CuInSe,2,太阳电池,Pin,型,CdS/ CuInSe,2,太阳电池,（,ZnCd,）,S/ CuInSe,2,太阳电池,11.4,薄膜材料及太阳电池得制备工艺,11.4.1 CdTe,、,CdS,薄膜材料及,CdS/ CdTe,太阳电池得制备方法,制备,CdS,、,CdTe,薄膜方法主要有：,CSS,；电镀；丝网印刷；,CVD,（化学气相淀积）；,PVD,（物理气相淀积）；,MOCVD,（金属有机气相淀积）；,MBE,（分子束外延）；,ALE,（原子层外延）；喷涂；溅射；真空蒸发；电沉积等。,CSS,方法制备,CdTe,薄膜的优点是，蒸发材料损失少，结晶方向好，光伏特性优良。,11.4.2 CdS/ CdTe,太阳电池制备中的主要影响因素,1,）,CdCl,2,处理,在制作高效,CdS/ CdTe,太阳电池中，,CdTe,层生长期间用,CdCl,2,或,Cl,2,进行热处理。,CdCl,2,处理改善了太阳电池得性能，提高了器件得输出特性和均匀性。,2,）背接触,制备,CdTe,太阳电池工艺最难和最弱的部分是稳定的低电阻背接触。形成背接触电极的程序为：腐蚀或表面制备；使用含,Cu,、,Hg,、,Pb,或,Au,的膜；连续在大于,150,中热处理。,11.4.3 CuInSe,2,薄膜生长工艺,CuInSe,2,薄膜生长方法主要有真空蒸发法、,Cu-In,合金膜的硒化处理法、封闭空间气相输运法、喷涂热解法、射频溅射法等。,1,）单源真空蒸发法,2,）双源真空蒸发法,3,）三源真空蒸发法,4,）封闭空间气相输运法,(CSCVT),5,）化学热还原法沉积,Cu-In,合金膜，进行硒化处理,6,）电镀法沉积,Cu-In,合金膜，进行硒化处理,7,）电沉积叠层结构，进行硒处理,8,）喷涂热解法和溅射法,11.4.4 CdS/ CuInSe,2,太阳电池制备中的主要影响因素,1,）衬底温度对薄膜结构的影响,2,）热处理对薄膜光学和电学特征的影响,11.5,薄膜太阳电池的发展现状额前景,1,）,CuInSe,2,薄膜太阳电池发展现状,目前，最好的,CuInSe,2,薄膜太阳电池组件，面积为,3832cm,2,。输出功率达到,43.1W,，转换效率为,11.2,，这一光伏方阵体现了薄膜技术优异性能高效率、低成本、高稳定和大面积使用。,2,）,CdTe,薄膜太阳电池发展现状,CdTe,薄膜太阳电池也是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。许多国家的,CdTe,薄膜太阳电池已经由实验室研究阶段走向规模工业化生产。我国的,CdTe,薄膜太阳电池仍处于实验室基础应用研究阶段。,3,）发展前景,光伏组件目前虽然以晶体硅太阳电池为主，但由于薄膜太阳电池具有低成本、高效率、适合规模化生产等优点而引起了广泛关注，不断投入大量资金开发新产品，探索新工艺，硒铟铜太阳电池和碲化镉太阳电池是比较成功的薄膜太阳电池。,本章完！,本章完！,