收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究

白治中  
【摘要】:CdTe材料是一种II-VI族化合物半导体材料,由于具有合适的禁带宽度和较高的吸收系数,近年来作为一种太阳能电池半导体材料受到广泛的关注。以CdTe薄膜为吸收层的CdS/CdTe异质结薄膜太阳能电池是最具有应用前景的低成本太阳能电池之一,目前小面积CdTe薄膜太阳电池效率已经达到17.3%,电池组件效率也已经达到14%。然而,由于材料特性的限制,CdTe薄膜太阳能电池研究和生产也存在不少的问题:高功函数的P型CdTe薄膜很难形成低能垒的背接触,影响电池性能的进一步提升;低载流子浓度影响电池器件的开路电压;杂质离子(如Cu)在电池器件中的扩散造成电池性能的衰减,影响电池长期稳定性;地壳中Te含量的相对不足,影响电池的大规模推广。针对这些存在的问题,本论文展开了一系列研究和探讨。 在第一章,本文首先分析了世界能源危机的背景和解决能源危机的出路。然后介绍了太阳能电池的发展历程和光伏发电的基本原理。最后介绍了CdTe薄膜材料的特性和CdTe薄膜太阳能电池相关特征。 在第二章,利用化学水浴法制备CdS薄膜。获得了均匀性和透过率良好的CdS预置薄膜,并且该薄膜具备六方(002)的择优取向。利用实验室自行研制的近空间升华设备制备了CdTe薄膜,研究表明制备的CdTe薄膜结晶性能优异,具有(111)面择优取向的立方相结构,与CdS衬底之间具有最小的晶格失配,利于太阳能电池器件的制备。并利用获得的CdS/CdTe薄膜制备成CdTe薄膜太阳能电池器件。获得了最初2.04%的转换效率。 第三章,系统地研究了CdS和CdTe薄膜的热处理过程。利用提拉沉积CdCl2的方法对CdS进行高温热处理,显著提高了CdS的结晶性能,提高了六方(002)的择优取向,减少了表面氧化,改善了薄膜光学特性。研究了CdS薄膜热处理对CdTe薄膜太阳能电池性能的影响。用CdCl2热处理的CdS薄膜制备的电池器件转换效率达到了11.6%。研究了热处理过程中CdTe薄膜表面氧化相变过程,深入探讨了在有氧和C1存在下,CdTe薄膜在高温下的反应过程。研究表明在有CdCl2的存在下,CdTe薄膜在热处理过程中会生成低熔点的CdTe-CdCl2-Te-CdTe03混合物。该混合物的存在又促进了薄膜进一步的氧化。研究了CdTe薄膜热处理对电池器件性能的影响。研究发现CdCl2热处理使得CdS/CdTe界面产生了互扩散,使界面变得模糊,且消耗了CdS的厚度。研究了不同温度热处理对电池性能的影响,表明400℃热处理最适合CdTe薄膜电池制备。利用近空间高效率CdCl2蒸汽热处理工艺制备的CdTe薄膜电池获得了12.4%的转换效率。 第四章,对CdTe薄膜太阳能电池的背电极展开了系统研究。研究了溴甲醇溶液对CdTe薄膜的影响和对器件性能的影响。溴甲醇溶液蚀刻去除了热处理过程中CdTe薄膜表面产生的氧化物,同时在薄膜表面产生了一层富Te层。改善蚀刻溶液和浓度显著提高了电池性能。深入研究了Cu背电极掺杂对电池性能的影响。成功消除了CdTe背电极势垒,消除了CdTe伏安曲线中常见的“Roll Over"现象。提高了电池性能,获得了转换效率达13.2%的CdTe薄膜太阳能电池。研究了不同背电极缓冲层对CdTe薄膜太阳能电池器件性能的影响:ZnTe:Cu、 Sb2Te3和M003等。利用这些背接触缓冲层制备的CdTe薄膜太阳能电池均获得了10%左右的较高转换效率。 第五章中,我们制备了以Cu/Au为背电极和以Sb2Te3为背电极的两组不同吸收层厚度电池器件。研究表明在0.5μm厚电池当中由于光的不完全吸收造成的效率损失只有0.5%。CdTe薄膜厚度的降低对电池短路电流的影响较小,主要的影响在开路电压和短路电流。而导致超薄电池性能下降的主要原因是来自于超薄电池较差的薄膜结晶性能,较差的薄膜晶粒使得结区存在大量的表面和界面态以及复合中心,大大增加了电池漏电流,影响了电池的开路电压和短路电流。同时在超薄电池中Cu元素的扩散对电池性能带来的影响远比正常厚度电池严重。制备了性能较为优异的超薄吸收层CdTe薄膜太阳能电池。1μm厚度电池获得了7.9%的转换效率,而0.5μm电池获得了5.2%的转换效率


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;友达太阳能垂直整合布局见雏型[J];阳光能源;2009年02期
2 ;全球薄膜电池产能增速连续两年逾120%[J];电源世界;2009年05期
3 ;保定天威采用欧瑞康太阳能技术开始量产薄膜太阳能电池[J];集成电路应用;2009年10期
4 朱俊;;太阳能光伏技术演绎城市亮化照明的缤纷时代[J];新材料产业;2010年02期
5 波合;;将太阳能电池打印到纸上[J];发明与创新(综合科技);2010年09期
6 ;亚洲第一座聚光型太阳能示范电厂将在台运转[J];广西电力建设科技信息;2008年03期
7 江兴;;日本产综研所制成高分子涂布型有机薄膜太阳能电池的高集成模块[J];半导体信息;2010年05期
8 潘雄;;全球首条双线双结大面积硅基高效薄膜太阳能电池项目投产[J];功能材料信息;2010年Z1期
9 Helen;;薄膜太阳能 下一桶金?[J];半导体行业;2008年05期
10 ;适度加快我国薄膜电池产业发展步伐[J];电子元件与材料;2009年03期
11 闫岩;;太阳能:“薄膜”的正反两面[J];中国新闻周刊;2010年31期
12 陈建芬;;First Solar:中国易进,不易行[J];中国企业家;2011年05期
13 张有谟;太阳能薄膜发电高技术[J];科技导报;1993年01期
14 李小路;慢光;;中印并肩进入太阳能时代[J];激光与光电子学进展;2008年07期
15 ;产综研试制观叶植物状有机薄膜太阳能电池模块[J];家电科技;2008年13期
16 李晓波;方玲;;关于太阳能的市场应用前景分析[J];中国科技财富;2008年12期
17 邱先磊;;2008年中国太阳能电池产业回顾与展望[J];电子商务;2009年03期
18 Aaron Hand;;太阳能产业不能仅依赖于效率[J];集成电路应用;2009年08期
19 ;综艺光伏首条薄膜太阳能电池生产线正式投产[J];半导体.光伏行业;2009年06期
20 ;太阳能电池的开发趋势[J];中外能源;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭轶;孙卓;徐跃;徐力;;CdTe荧光量子点标记碱性蛋白酶[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年
2 时方晓;陈曦;;构建生态宜居之都—从光伏建筑一体化开始[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
3 郭卫;陈静;;薄膜太阳电池用TCO玻璃发展分析[A];电子玻璃技术(2009年第1、2期)——第九届电子玻璃分会换届年会及庆祝电子玻璃分会成立三十周年暨电子玻璃学术研讨会论文集[C];2009年
4 王波;刘平;李伟;刘新宽;马凤仓;陈小红;;铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池吸收层的硒化工艺优化研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第三卷)[C];2011年
5 张庶;张晓琨;孙一灵;向勇;;铜铟镓硒和铜锌锡硫化合物半导体纳米材料的制备[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年
6 段玉娇;晋卫军;崔宗杰;;CdTe量子点与P物质相互作用的研究[A];第七届全国光生物学学术会议论文摘要集[C];2010年
7 高小童;蒲巧生;;CdTe量子点的光引发丙烯酸原位聚合修饰[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
8 姜旭;郭云亮;张淑玲;王贵宾;;CdTe纳米晶与吡啶封端聚芳醚酮复合微球对磺化聚醚醚酮紫外线屏蔽能力的加强[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 肖琦;周博;蒋风雷;刘义;;CdTe量子点与人血清白蛋白相互作用[A];中国化学会第十五届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要[C];2010年
10 崔香;李保新;;基于纳米金对CdTe量子点荧光内滤作用构建免疫分析法[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 白治中;高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 万磊;铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 李军;发光CdTe纳米晶的合成、组装、复合及应用[D];吉林大学;2004年
4 李纪;Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的制备及其p-n结能带偏移的研究[D];中国科学技术大学;2012年
5 冯煜东;柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制[D];兰州大学;2010年
6 薛梅;基于水溶性CdTe纳米晶功能荧光探针的设计、合成及分析应用[D];山东师范大学;2012年
7 贺冬秀;CdTe量子点制备及其在癌相关物质检测与药物研究中的应用[D];湖南师范大学;2011年
8 王美平;CdTe及其核壳结构纳米晶的水相合成与荧光性能研究[D];成都理工大学;2012年
9 李欣益;对溅射法制备的铜铟镓硒吸收层与掺铝氧化锌窗口层结构与性能的研究[D];中国科学技术大学;2012年
10 刘自然;基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯泽荣;碲化镉薄膜太阳能电池相关材料的制备与表征[D];中国科学技术大学;2010年
2 任愿;CdTe多晶薄膜特性及CdS/CdTe多晶薄膜界面研究[D];内蒙古大学;2012年
3 王平;有机薄膜太阳能电池物理性质的研究[D];电子科技大学;2012年
4 叶枫;纳米硅薄膜太阳能电池的制备和性能研究[D];常州大学;2011年
5 王全志;薄膜太阳能电池的遗传算法优化[D];燕山大学;2012年
6 尤天友;硅基薄膜太阳能电池材料的制备与性能研究[D];河南师范大学;2012年
7 刘亚东;有机小分子薄膜太阳能电池器件电极缓冲层的机理研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
8 何志刚;双源真空共蒸发制备稀土掺杂CdTe薄膜[D];内蒙古大学;2011年
9 王李;基于背部表面等离子体对薄膜太阳能电池效率的影响[D];长春理工大学;2012年
10 徐威;金属平板和光栅结构理论研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 梅永生 王芳 姜木金;非晶硅薄膜太阳能电池项目开工[N];镇江日报;2009年
2 本报记者 汪叶舟;薄膜太阳能电池关键设备实现中国造[N];中国工业报;2011年
3 记者 王春;我国生产高端薄膜太阳能电池有了“利器”[N];科技日报;2011年
4 于化丛;成本优势凸显 薄膜太阳能电池产业提速[N];中国电子报;2008年
5 魏双林;超大型硅基薄膜太阳能电池下线[N];中国化工报;2009年
6 翟永杰 本报记者 李延生;做企业要“快”人半拍[N];中国企业报;2009年
7 刘平 王超慧;汉能薄膜太阳能电池 项目可行性通过评审[N];黑龙江经济报;2010年
8 ;薄膜太阳能电池 超薄 廉价 高效[N];中国经济导报;2005年
9 记者 冯国梧 通讯员 张国;我可再生能源研究取得新进展[N];科技日报;2005年
10 风影;我国将建第一条铜铟硒薄膜太阳能电池中试线[N];中国有色金属报;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978