射频磁控溅射法制备CdO/CdTe薄膜太阳能电池

论文摘要

太阳能光伏技术是人类在21世纪必须掌握的核心技术之一，当今世界环境、经济和能源问题突出，而太阳能的应用是解决能源与环境问题的有效途径，如今，光伏发电技术和太阳能产业的发展蒸蒸日上，但同时还存在一些须待解决的严重问题。太阳能光伏发电组件，分为晶体硅太阳能电池组件和薄膜太阳能电池组件用两类。薄膜太阳能电池使用只有几微米厚的半导体材料,相对于晶硅电池，太阳能薄膜电池理论转换率更高，也更为环保，而且它们的应用更广泛，衬底更灵活，可以应用于太阳能屋顶的屋面材料和双电力发电机。所以，在太阳能电池发展方面，人们在重点研究和发展各种薄膜太阳能电池，侧重研究具有不同光谱响应和不同禁带宽度的复合材料，以制成多结薄膜电池，来进一步提高电池的转换效率和降低成本。CdTe薄膜太阳能电池具有高的理论转换高效率，制作成本低，它的禁带宽度在1.45ev左右，能与太阳光谱很好地匹配，是一种理想的吸收层材料。目前，在这一领域领先的产业机构是一家叫作FirstSolar（第一太阳能）的公司，它使用碲化镉作为薄膜材料。本文主要对射频磁控溅射法制备CdO/CdTe薄膜电池进行研究，利用X射线衍射仪（XRD）、紫外-可见光谱仪、扫描电子显微镜（SEM）、HG-500多波段光源、吉时利6487型皮安表和I-V测试系统等测试手段研究不同制备工艺对电池性能的影响，给出了研究CdTe薄膜电池的一些实例，分析了提高电池效率的方法。实验结果表明，溅射功率和工作压强是影响CdTe薄膜性能的关键因素，适当地增加磁射功率和降低工作压强可以提高薄膜的结晶性能和光学特性，升高衬底温度可以提高CdTe薄膜的性能，提高薄膜电池效率。对CdTe薄膜进行少量的Cu掺杂能明显改善薄膜的电学性能，提高电池的电流密度，但过量的掺杂会破坏晶格，Cu掺杂对薄膜的禁带宽度影响很小。采用射频磁控溅射法制备CdO薄膜，Ar/O2比是影响CdO薄膜性能是主要因素，Ar/O2比大电学性能好，Ar/O2比小光透过率高，适当增加Ar/O2比可以改善电池的短波响应，提高电池的短流密度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池简介
• 1.2.1 太阳能电池的基本工作原理
• 1.2.2 太阳能电池效率
• 1.2.3 太阳能电池结构
• 1.3 太阳能电池分类
• 1.3.1 单晶硅太阳电池
• 1.3.2 多晶硅太阳电池
• 1.3.3 多晶硅和微晶硅薄膜太阳电池
• 1.3.4 非晶硅薄膜太阳电池
• 1.3.5 带状硅太阳电池
• 1.3.6 ΙΙΙ V 族化合物太阳电池
• 1.3.7 硒铟铜多晶薄膜太阳电池
• 1.3.8 碲化镉多晶薄膜太阳电池
• 1.3.9 有机太阳电池
• 1.4. 光伏发电概况
• 1.4.1 国外发展概况
• 1.4.2 国内发展概况
• 1.5 本论文的主要工作及目的
• 第2章 样品的制备方法和测试方法
• 2.1 CdTe 薄膜的制备工艺
• 2.1.1 近距离空间升华法
• 2.1.2 电沉积法
• 2.1.3 磁控溅射法
• 2.1.4 真空蒸发法
• 2.1.5 近距离气相输运
• 2.1.6 丝网印刷法
• 2.2 射频磁控溅射制备 CdTe 多晶薄膜
• 2.2.1 磁控溅射沉积 CdTe 薄膜原理
• 2.2.2 射频磁控溅射的特点
• 2.2.3 射频磁控溅射系统
• 2.2.4 工艺参数对 CdTe 薄膜的影响
• 2.3 测试 CdTe 薄膜方法介绍
• 2.3.1 薄膜的晶体结构测试
• 2.3.2 薄膜光学性质的测试
• 2.3.3 薄膜的电学性能测试
• 2.3.4 薄膜表面形貌及成分测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 CdTe 薄膜的制备及特性研究
• 3.1 样品制备与测试
• 3.1.1 基片的清洗
• 3.1.2 CdTe 薄膜样品制备的实验过程
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 薄膜晶体结构分析
• 3.2.2 薄膜的光学性质
• 3.2.3 薄膜的形貌与成分分析
• 3.3 本章总结
• 第4章 Cu 掺杂对 CdTe 薄膜性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 掺杂过程讨论
• 4.2.1 共溅射法掺杂
• 4.2.2 Cu 掺杂前后 CdTe 薄膜的晶体结构分析
• 4.2.3 Cu 掺杂后 CdTe 薄膜的电学特性
• 4.2.4 Cu 掺杂后 CdTe 薄膜的光学特性
• 4.3 本章总结
• 第5章 CdO/CdTe 薄膜电池的制备及性能测试
• 5.1 CdTe 薄膜电池结构
• 5.1.1 透明导电 ZnO 薄膜
• 5.1.2 CdO 薄膜的制备及特性
• 5.1.3 CdTe 薄膜及 Cu 背电极的制备
• 5.2 电池性能测试
• 5.2.1 薄膜电池的光谱响应
• 5.2.2 薄膜电池的伏安特性
• 5.3 本章总结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 详细摘要