薄膜太阳能电池课件.ppt

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1、薄膜太阳能电池Thin-filmSolarCell概要1.基本原理与简介2.薄膜太阳能电池的分类3.发展态势总述关于薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数微米，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量，在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳能电池将成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。由于多数载流子的扩散，形成了空间电荷区，并形成一个不断增强的从N型半导体指向P型半导体的内建电场，导致多数载流子反向漂移；达到平衡后，扩散产生的电流和漂移产生的电流相等。如

2、果光照在P-N结上，而且光能大于P-N结的禁带宽度，则在P-N结附近将产生电子-空穴对。由于内建电场的存在，产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移，产生光生电势，破坏了原来的平衡。若在电池两侧引出电极并接上负载，负载中就有光生电流通过，得到可利用的电能。基本原理薄膜太阳能电池的分类1.硅基（Si-based）2.砷化镓（GaAs）3.碲化镉（CdTe）4.铜铟镓硒（CIGS）5.其他碲化镉薄膜太阳能电池CdTc是直接禁带半导体材料，禁带宽度为1.46eV，接近太阳光能量分布的理想值，其薄膜的吸收系数大，大于5x105／cm2，也就是

3、2μm就可将100％能量大于带宽的入射太阳光吸收。CdTe薄膜太阳能电池的理论性能参数为开路电压1.05V，短路电流30.8mA／cm2，填充因子83.7％，转换效率27％。电池结构稳定、制备工艺简单、节省原料，容易实现大规模生产，这些优点使它成为近年来研究的焦点。CdTe薄膜太阳能电池由五层结构组成，其中CdTe和CdS是CdTe薄膜太阳能电池的主要组成部分。CdTe薄膜太阳能电池结构示意图作为CdTe薄膜太阳能电池前透明电极的要求是：1．高透过率，400-860nm的光有85％以上的透过率。2．低电阻，小于10Ω／cm。3．500℃以

4、下好的稳定性，在制备CdTe层时的高温不至于使TCO和以后的各层互扩散。在CdS／CdTe异质结太阳能电池中，CdS作用为宽禁带的n型窗口层。为了改善电池性能，提高在蓝光区域的量子效率，CdS薄膜越薄越好。现在通行的制备方法有化学沉积法(CBD)，近距离升华法(CSS)，热蒸发法，电子束蒸发法，磁控溅射法，丝网印刷等方法。上述各种方法均可制备出效率大于lO％的太阳能电池，现在效率最高的CdS／CdTe电池使用CBD方法制备的CdS薄膜。并且化学沉积(CBD)方法设备简单、成本低廉、容易生长均匀致密的CdS薄膜，是最有发展潜力的方法。CdS

5、窗口层的制备CdTe吸收层的制备许多方法都被用来制备CdTe薄膜：近场升华法(CSS)，热蒸发法，电子束蒸发法，磁控溅射法，丝网印刷、电沉积等方法。目前人们制出最高效率的太阳能电池用的是CSS方法。2.CdCl2活化处理是几乎每个研究组都用的一种处理方法．不论用什么方法沉积的CdTe，如果没有用CdCl2处理，短路电流和电池的效率都会很低。这种退火处理之所以能提高效率主要是因为：1)CdS1-xTex交界面的形成减小了晶格失配，提高了光电性能。2)CdTe的重结晶和晶粒生长，缺陷的减少使载流子寿命延长。1.研究表明在CdS，CdTe交界面

6、S会扩散到CdTe层中，形成CdS1-xTex层。该层形成的质量好坏，CdS/CdTe交界面杂质和缺陷态的密度，都会影响太阳能电池的效率和寿命。为了得到好的CdS/CdTe互扩散结，人们通常用高的衬底温度制备CdTe层。※制作过程中的两个注意点背电极的制备CdTe的功函数比大部分金属的高，由于难以找到一个功函数为5.7eV的金属，所以很难形成欧姆接触。因此在背接触处就产生了一个肖特基势垒。肖特基势垒示意图解决方法：(1)用溴甲醇溶液或硝酸磷酸混合溶液腐蚀CdTe表面，去除氧化物并留下一个富碲层，形成一个p+表面。(2)在电极的制备中使用铜

7、，在CdTe表面形成一层Cu2Te缓冲层，这一层有助于形成一个高效的欧姆接触。注意：由于铜原子半径比较小，容易沿晶界扩散到CdTe薄膜内部，使载流子复合，降低电池效率，因而减少了电池的使用寿命。碲化镉薄膜太阳能电池生产工艺及产污流程图返回铜铟镓硒薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池是20世纪80年代后期开发出来的新型太阳能电池。由铜铟硒(CuInSe2，简称CIS)发展而来，将镓(Ga)替代CIS材料中的部分铟(In)，形成CuIn1-xGaxSe2四元化合物。CIGS薄膜太阳能电池具有优异的太阳能吸收特性．理论光电转换效率(即每平方米太

8、阳能电池单元将日照能量转换为电能的转换效率)可达25-30％。目前实验室最高光电转换效率达到20.3％。组件转换效率最高也达15.7％。是当前光电转换效率最高的薄膜太阳电池。CIGS的禁带宽度