CdTe太阳电池的不同背电极和背接触层的特性研究

用Ni替代Au来作为CdTe太阳电池的背电极，比较了Ni,Ni/Au,Au/Ni及Au背电极对电池性能的影响.发现Ni作为背电极和ZnTe/ZnTe:Cu复合层接触，电池的开路电压V_oc略有降低，填充因子FF有增有减，变化幅度不大，但因短路电流I_sc有较大的提高，转换效率η平均增长4％.测试了不同背电极的CdTe太阳电池的暗I-V和C-V特性，对背电极剥离后的样品进行了XPS测试分析.结果表明，Ni扩散到ZnTe/ZnTe:Cu复合层的深度比Au多，且大多呈离子态，与ZnTe/ZnTe:Cu复合层中的富Te离子形成Ni_xTe，提高了掺杂浓度，使电池性能获得改善. 关键词： 金属背电极 复合背接触层 转换效率 CdTe太阳电池     

CdTe薄膜太阳电池背接触的研究

用近空间升华法制备了CdTe多晶薄膜，用硝酸-磷酸(NP)混合液对薄膜表面进行了腐蚀.经SEM观测，腐蚀后的CdTe薄膜晶界变宽，XRD测试发现，经NP腐蚀后，在CdTe薄膜表面生成了一层高电导的富Te层.在腐蚀后的CdTe薄膜上分别制备了Cu，Cu/ZnTe：Cu，ZnTe：Cu，ZnTe/ZnTe：Cu四种背接触层，比较了它们对太阳电池性能的影响.结果表明，用ZnTe/ZnTe：Cu复合层作为背接触层的效果较好，获得了面积为0.5cm²，转换效率为13.38%的CdTe多晶薄膜太 关键词： 硝磷酸腐蚀 背接触层 CdTe太阳电池     

碲化镉薄膜太阳电池中的关键科学问题研究

文章对CdTe薄膜太阳电池中的4个关键科学问题进行了讨论,并对电池器件的性能进行了研究,其中包括高质量硫化镉薄膜、背接触层、CdS/CdTe界面和CdCl2热处理性能的研究.文章作者研究了背电极接触层中Cu掺杂含量对电池性能的影响,通过改变背接触层中Cu的含量,可以改变Cu与Te反应产生的物相成分,从而发现以Cu1.4Te为主导的背接触缓冲层能有效地减少电池I—V曲线中的“翻转”(roll-over)现象,同时能有效地降低背接触势垒.此外,还研究了CdS/CdTe界面的CdCl2热处理反应,发现当热处理温度高于350℃时,CdS与CdTe之间的互扩散开始发生,此温度对应于CdS由立方相转变为六方相;而在550℃热处理后,S和Te互扩散形成的CdSxTe1-x化合物,其x值高达11％.通过优化电池制备工艺,获得了在AMl.5标准光源下高达14.6％的CdTe电池转换效率.     

ZnTe(ZnTe∶Cu)多晶薄膜的XPS研究

用共蒸发法在室温下制备了ZnTe及ZnTe∶Cu多晶薄膜,测量了电导率温度曲线,发现不掺杂的ZnTe薄膜的暗电导随温度的增加而线形增加,呈常规的半导体材料特征;掺Cu的ZnTe薄膜在温度较低时,lnσ随温度升高而缓慢增加,随后缓慢降低,达到一极小值,当温度继续升高时又陡然增加,呈现异常现象。用XPS研究了N₂气氛下退火前后表面状态,发现不掺Cu的ZnTe薄膜呈现富Te现象。掺Cu后Te氧化明显,以ZnTe形式存在的Te明显减少;ZnTe∶Cu薄膜中Zn的含量在退火前后变化明显,退火前,Zn主要以ZnTe形式存在,退火后Zn原子向表面扩散,使表面成分更加均匀,谱峰变宽;退火时,部分Cu原子进入晶格形成Cu_xTe相,引起载流子浓度变化,导致ZnTe∶Cu多晶薄膜的电导温度关系异常。     

稀土掺杂CdTe太阳电池背接触层ZnTe的第一性原理研究

结合CdS/CdTe太阳电池背接触层的制备要求考虑, 利用基于密度泛函理论平面波超软赝势方法和广义梯度近似, 计算了未掺杂ZnTe、稀土Y、Gd掺杂ZnTe的能带和电子态密度, 得到了不同体系下系统总能和晶格常数. 研究表明, 稀土Y和Gd掺杂后ZnTe结构的稳定性均提高, 掺杂Y使ZnTe与CdTe的晶格匹配更好. 计算表明, 掺杂可使载流子发生简并, 掺Y比掺Gd电子有效质量小, 掺Y与掺Gd的载流子浓度数量级相同. 根据计算结果分析了稀土掺杂对ZnTe背接触层的影响. 关键词： ZnTe 稀土掺杂 第一性原理 太阳电池背接触层     

CdTe太阳电池中起因于Cu的深能级

在CdTe太阳电池中,易引入并形成Cu深能级中心. 本文采用深能级瞬态谱测试法研究了ZnTe背接触和石墨背接触CdTe太阳电池的部分深能级中心. 研究中运用密度泛函相关理论,分析闪锌矿结构CdTe,Cd空位体系和掺Cu体系的电子态密度,计算得出T_d场和C_3v场下Cu²⁺ d轨道的分裂情况. 计算结果表明,CdTe太阳电池中的E_v+0206 eV和E_v+0122 eV两个深中心来源于Cu替代Cd原子. 计算结果还表明,掺入Cu可降低CdTe体系能量. 关键词： 深能级瞬态谱 第一性原理 CdTe Cu杂质     

CdTe太阳电池背接触层的XPS研究

采用共蒸发法在不同条件下制备了ZnTe和ZnTe∶Cu多晶薄膜,通过XRD和XPS研究了它们的结构和各元素的浓度分布。结果表明,不同衬底温度下沉积的薄膜,结构无明显变化,利用XPS溅射剖析获得了薄膜中各成分浓度随溅射时间变化的分布图,发现不同条件下制备的薄膜,溅射速率不同,各成分随溅射时间的变化也不相同。薄膜中Cu的浓度随溅射时间增加而快速增加,并达到一极大值,然后快速下降。根据Cu浓度的变化研究了ZnTe层对Cu原子的阻挡作用,通过对Cu浓度随时间变化分布图的比较,作者认为,用70 ℃制备ZnTe,而后在常温下制备ZnTe∶Cu的复合膜作为CdTe太阳电池的背接触层,能有效阻挡Cu原子的扩散,提高电池效率。     

ZnTe（ZnTe：Cu）多晶薄膜的XPS研究

用共蒸发法在室温下制备了ZnTe及ZnTe：Cu多晶薄膜，测量了电导率温度曲线，发现不掺杂的ZnTe薄膜的暗电导随温度的增加而线形增加，呈常规的半导体材料特征；掺Cu的ZnTe薄膜在温度较低时，lnσ随温度升高而缓慢增加，随后缓慢降低，达到一极小值，当温度继续升高时又陡然增加，呈现异常现象。用XPS研究了N2气氛下退火前后表面状态，发现不掺Cu的ZnTe薄膜呈现富Te现象。掺Cu后Te氧化明显，以ZnTe形式存在的Te明显减少；ZnTe：Cu薄膜中Zn的含量在退火前后变化明显，退火前，Zn主要以ZnTe形式存在，退火后Zn原子向表面扩散，使表面成分更加均匀，谱峰变宽；退火时，部分Cu原子进入晶格形成CuxTe相，引起载流子浓度变化，导致ZnTe：Cu多晶薄膜的电导温度关系异常。     

CdTe太阳电池中起因于Cu的深能级

在CdTe太阳电池中,易引入并形成Cu深能级中心. 本文采用深能级瞬态谱测试法研究了ZnTe背接触和石墨背接触CdTe太阳电池的部分深能级中心. 研究中运用密度泛函相关理论,分析闪锌矿结构CdTe,Cd空位体系和掺Cu体系的电子态密度,计算得出T_d场和C_3v场下Cu²⁺ d轨道的分裂情况. 计算结果表明,CdTe太阳电池中的E_v+0206 eV和E_v+0122 eV两个深中心来源于Cu替代Cd原子. 计算结果还表明,掺入Cu可降低CdTe体系能量.     

Zn空位及Cu掺杂对ZnTe电子结构及光学性质的影响

利用基于密度泛函理论框架下的平面波赝势法和广义梯度近似,计算分析了ZnTe结构本体、掺入杂质Cu(Zn0.875Cu0.125Te)及Zn空位(Zn0.875Te)体系的晶格常数及缺陷形成能,得到了不同体系的态密度、能带结构、集居数、介电函数、损失函数、吸收光谱、光电导率、复折射率及反射率。结果表明,掺杂Cu和Zn空位对ZnTe的晶胞参数、能带结构以及光学性质都产生了一定程度的影响。由于空位及杂质能级的引入,缺陷体系体积减小,晶胞参数也产生了一定的改变,同时缺陷体系禁带宽度减小并给受主能级价带顶提供n型电导性;此外,缺陷体系吸收光谱产生红移,电子在可见光区的跃迁明显增强并出现介电峰,改善了ZnTe的光学性质。     

Development of ZnTe film with high copper doping efficiency for solar cells

Since a hole barrier was formed in back contact due to mismatch of work function, the back contact material for CdTe cell has been a significant research direction. The ZnTe:Cu is an ideal back contact material, which reduces the valence band discontinuity and can be used as the electron back reflection layer to inhibit interface recombination. The conductivity of ZnTe:Cu film is improved by applying RF-coupled DC sputtering and post-deposition heat treatment. The doping efficiency is computed as the ratio of free hole density and copper concentration, which can be correlated with performance for CdTe-based solar cell. The higher doping efficiency means that more copper atoms substitute for Zn sites in ZnTe lattices and less mobilized copper atoms remain which can enter into the CdTe absorber layer. Copper atoms are suspected as dominant element for CdTe-based cell degradation. After optimizing the ZnTe:Cu films, a systematic study is carried out to incorporate ZnTe:Cu film into CdTe solar cell. The EQE spectrum is kept relatively stable over the long wavelength range without decreasing. It is proved that the conduction band barrier of device with ZnTe:Cu/Au contact material has an effect on the EQE response, which works as free electron barrier and reduces the recombination rate of free carrier. According to the dark J—V data or the light J—V data in the linear region, the current indicates that the intercept gives the diode reverse saturation current. The results of ideality factor indicate that the dominant recombination occurs in the space charge region. In addition, the space charge density and depletion width of solar cell can be estimated by C—V profiling.     

基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究

采用电子束蒸发法制备了NiO薄膜,并对其作为碲化镉薄膜太阳电池背接触缓冲层材料进行了相关研究.NiO缓冲层的加入使得碲化镉太阳电池开路电压显著增大.通过X射线光电子能谱测试得到的NiO/CdTe界面能带图表明NiO和CdTe的能带匹配度很好.NiO是宽禁带P型半导体材料,在电池背接触处形成背场,减少了电子在背表面处的复合,从而提高电池开路电压.通过优化NiO薄膜厚度,制备得到转换效率为12.2%、开路电压为789 mV的碲化镉太阳电池.研究证实NiO是用来制备高转换效率、高稳定性碲化镉薄膜太阳电池的一种极有前景的缓冲层材料.     

Deep level transient spectroscopy investigation of deep levels in CdS/CdTe thin film solar cells with Te:Cu back contact

Deep levels in Cds/CdTe thin film solar cells have a potent influence on the electrical property of these devices. As an essential layer in the solar cell device structure, back contact is believed to induce some deep defects in the CdTe thin film. With the help of deep level transient spectroscopy (DLTS), we study the deep levels in CdS/CdTe thin film solar cells with Te:Cu back contact. One hole trap and one electron trap are observed. The hole trap H1, localized at E_v+0.128~eV, originates from the vacancy of Cd (V_Cd. The electron trap E1, found at E_c-0.178~eV, is considered to be correlated with the interstitial Cu_i⁼ in CdTe.     

Performance improvement in CdTe solar cells by modifying the CdS/CdTe interface with a Cd treatment

The performance of n-CdS/p-CdTe solar cells is often degraded under light soaking or thermal stress, even though the technology of CdTe solar cells is close to a commercial level. The Cu diffusion from a Cu back contact to a CdS window layer might degrade the cell's performance. To prevent the Cu diffusion, a very-thin intrinsic CdTe layer was introduced at the n-CdS/p-CdTe interface by depositing a very-thin Cd metal layer on the CdS film and converting the Cd metal into intrinsic CdTe during p-CdTe deposition at high temperature. By the Cd treatment on CdS surface, pinholes or voids were eliminated at the CdS/CdTe and the intermixing of Te and S at the interface was much suppressed. The depletion width was much increased and the intensity of LTPL peak was increased. The analysis suggested that an intrinsic CdTe interlayer was formed and the surface recombination rate was suppressed by the intrinsic interlayer. As a result, the short circuit current of the CdTe solar cell was significantly increased due the increased current gain in the blue wavelength region. The thermal stability of the CdTe solar cell was also greatly improved and the Cu diffusion was retarded by the intrinsic CdTe interlayer at the n-CdS/p-CdTe.