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1、兰州大学博士学位论文太阳电池中CdTe多晶薄膜的制备及其性能研究姓名：郑华靖申请学位级别：博士专业：物理学 凝聚态物理指导教师：谢二庆20060501原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：丞玺i 查日期：鱼 ：i ：!关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务
2、作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：薹i 鲨i 查导师签名：磋：么日期：益：( ：笸太阳电池中C d T e 多晶薄膜的制备及其性能研究能源是与人类社会的生存发展息息相关的，解决能源问题支持社会经济持续发展是全人类的共同目的。
3、发展太阳能光电转化技术是当今世界解决能源问题的一个重要途径。化合物半导体薄膜太阳电池的研究及制造是当今光伏领域的重大前沿课题，是国家8 6 3 计划及9 7 3 计划重点资助研究项目。C d T e C d S 多晶薄膜太阳电池是倍受瞩目的第二代薄膜电池之一。C d T e 多晶薄膜具有良好的光电性质和化学性质，是制备高效率、低成本的薄膜太阳电池的理想吸收层材料。然而，制备高效C d T e C d S 多晶薄膜太阳电池的关键之一是要获得高质量的C d T e 多晶薄膜。本文系统研究了C d S C d T e 太阳电池中的C d T e 制各工艺和后处理条件对C d T e 薄膜结构、光电性
4、质及其太阳电池的相关性能的影响，并建立了C d S C d T e多晶薄膜及其太阳电池的物理模型，模拟计算了电池结构参数、薄膜性质参数对电池性能的影响，在此结论基础上，制各出了性能优良的C d S C d T e 薄膜太阳电池。本文主要取得了以下创新性进展。1 采用近空间升华沉积C S S ( c l o s e d s p a c es u b l i m a t i o n ) 法制备C d T e 多晶薄膜的原理在于，C d T e 在一定温度下的升华和凝结过程。由于C d T e 升华温度在4 7 0 左右，C d S 升华温度在6 3 0 。C 左右，当源上的C d T e 升华分解
5、为c d 、T e 2 时，衬底上的C d S 仍然稳定。本论文系统研究了源温度、衬底温度与沉积速率的关系。用，A F M 等测试分析手段，分析了近空间沉积的物理机制。利用不同升温过程，沉积制备了C d T e 多晶薄膜。通过实验确定了最好的升温过程为：衬底温度5 0 0 。C ，源温度6 2 0 。C ，阱氢气刻蚀后拉开衬底与源之间的设定温差1 2 0，并保持固定温差至设定温度，随后沉积6 分钟的工艺为最佳。2 在氩氧气氛下，氧浓度为9 时，不同气压下制备的样品，均有立方相C d T e 。此外，还有C d S 和S n 0 2 ：F 衍射峰。C d T e 晶粒随气压增加有减小趋势，随气压
6、的增加，透射率呈下降趋势，相应的C d T e 吸收边向短波方向移动。3 研究了退火气氛对电池性能的影响。太阳电池J V 曲线的测试结果表明，用经过后处理的C d T e 薄膜制备的电池性能较好，而有氧气氛下后处理的样品性能要比纯氮气气氛后处理的好。不同氧气气氛下后处理的样品的性能差别不是很大。4 通过研究确定了目前最好的近空间制备C d T e 多晶薄膜的工艺为：通过采用优化的升温方法，在氩氧气氛中，氧浓度为9 t j j - ，采用衬底温度5 0 0 。C ，源温度6 2 0 。C ，沉积时间6 分钟，制各了C d T e 多晶薄膜，获得了转换效率优良的结构为S n 0 2 ：F C d
7、S C d T e A u 的集成电池。在上述研究的基础上制各出C d S C d T e 电池的转换效率为1 3 3 8 ，填充因子、开路电压单项指标分别达到了7 3 1 和8 6 0 m V ，接近国外C d T e 太阳电池的领先水平。5 从实验和理论上解释了C d T e 多晶薄膜上的小沙眼的成因。关键词：C d T e 多晶薄膜，近空间升华技术( C S S ) ，太阳电池AS t u d yo fP r e p a r a t i o na n dP r o p e r t i e so fC d T eP o l y c r y s t a l l i n eF i l m sf
8、 o rS o l a rC d i sS p e c i a l t y ：E l e c t r o n i cm a t e r i a lM a t e r i a l sP h D C a n d i d a t e ：Z h e n gH u a j i n gS u p e r v i s o r ：X i eE rq i n gF o rt h ep r e s e n t ，t h ee n e r g yi sv i t a l l yr e l a t e dw i t hs o c i a le x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e
9、 n to fm a n k i n d K e e p i n go nt h ed e v e l o p m e n ti st h ew h o l em a n k i n d Sc o n n n o np u r p o s e T h et e c h n i q u eo fd e v e l o p i n gt h es o l a re n e r g yl i g h ti sa ni m p o r t a n tp a t ho faw o r l ds o l v i n gt h e s ew i s h e st a d a y T h er e s e a
10、 r c ha n dm a n u f a c t u r eo ft h i nf i l ms o l a rc e l l so ft h ec o m p o u n ds e m i c o n d u c t o ri st h eh e a tr e s e a r c hr e a l mo fi nt h ep h o t o v o l t a i cf i e l dt o d a y C d T e C d St h i nf i l ms o l a rc e l l sa r ed o u b l yf o c u s e da R e n t i o ni nt
11、 h en e x tg e n e r a t i o nt h i n f i l mc e l l s O w i n gt oi t so p t o e l e c t r o n i ca n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，C d T ei sa ni d e a la b s o r b e rm a t e r i a lf o rh i g h e f f i c i e n c y ，l o wc o s tt h i nf i l mp o l y c r y s t a l l i n e H o w e v e r ，ak
12、e yf a c t o ro ff a b r i c a t i n gh i g h e f f i c i e n c yC d T e C d Ss o l a rc e l l si sg a i n i n gh i g h q u a l i t yp o l y c r y s t a l l i n eC d T et h i nf i l m I nt h i st h e s i s ，t h es e v e r a li m p o r t a n ts t e p so fp r e p a r i n gC d S C d T es o l a rc e l l
13、 sh a v e b e e nd e e p l yi n v e s t i g a t e d T h es t e p si n c l u d et h ed e p o s i t i o no fC d T et h i nf i l m sa n dt h ef u n c t i o nl a y e r si nC d S C d T es o l a rc e l l s T h em a i ns t r u c t u r a la n do p t o e l e c t r o n i cc h a r a c t e r i s t i c so fC d T
14、 ep o l y c r y s t a l l i n et h i nf i l m so fC d S C d T es o l a rc e l l sh a v eb e e na n a l y z e da n dm e a s u r e d T h ei n f l u e n c eo ft h ed e p o s i t i o na n da n n e a l i n gp r o c e s st ot h eC d T ep e r f o r m a n c eh a sb e e ns t u d i e db yt h e o r e t i c a l
15、c a l c u l a t i o n F r o mt h er e s e a r c h e s ，h i g he f f i c i e n c yo fC d S C d T ep o l y c r y s t a l l i n es o l a rc e l l sf a b r i c a t e db yU Sh a sb e e nd e m o r i s t r a t e d T h em a i nt r e a t i v er e s u l t so ft h et h e s i sh a v eb e e na c h i e v e da sf
16、o l l o w s ：1 T h ed e p o s i t i o no fC d T ep o l y c r y s t a l l i n et h i nf i l m sb yt h eC S St e c h n i q u ei sb a s e do nt h er e v e r s i b l ed i s s o l u t i o na n dc o m b i n a t i o np r o c e s so fC d T ea th i g ht e m p e r a t u r e T h et e m p e r a t u r e so fC d T eb e g i n n i n gt od i s s o c i a t eh a sb e e no b s e r v e dt ob ea b o u t4 7 0 。C A st h es a m e ，血et e m p e r a t u r eo fC d Sb
