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1、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CuInSe2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
2、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
3、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 300350之间时，将In扩散入CdS 中，本征CdS变成n- CdS，电导率可达 102 S/cm。 11.2.2 CuInSe2薄膜材料性质 1）结构性质 CuInSe2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。 CuInSe2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 CuInSe2具有一个0.95eV1.04eV的允许直接本 征吸收限和一个1.
4、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 CuInSe2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（VOC）1050mV；短路电 流（JSC）30.8mA/cm2；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
5、。 11.3.2 CuInSe2太阳电池 近20年来，出现了多种以CuInSe2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-CuInSe2太阳电池 Pin型CdS/ CuInSe2太阳电池 （ZnCd）S/ CuInSe2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；
6、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）CdCl2处理 在制作高效CdS/ CdTe太阳电池中， CdTe层生长期间用CdCl2或Cl2进行热处理 。CdCl2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 CuInSe2薄膜生长工艺 CuInSe2薄膜生长方法主要
7、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/ CuInSe2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）CuInSe2薄膜太阳电池发展现状 目前，最好的CuInSe2薄膜
8、太阳电池组件 ，面积为3832cm2。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！
