CdS/CdTe薄膜太阳能电池相关材料及性能研究

摘要

CdS/CdTe薄膜太阳能电池是一种新型的薄膜电池，在光伏产业具有广泛的开发前景。CdS的化学性能比较稳定，是一种属于Ⅱ-Ⅵ族的化合物，半导体材料的禁带宽度为2.42eV，能透过绝大多数的太阳光，在CdS/CdTe太阳能电池的运用中是一种很好的n型光电导窗口材料。CdTe是一种直接带隙的半导体材料，其禁带宽度为1.46eV，是一种良好的光伏材料，能够与CdS形成良好的异质结。因此，CdS薄膜和CdTe薄膜的质量会直接影响到电池的最终的性能和寿命。
　　本文主要有三个方面的工作：1、主要研究了运用化学水浴沉积法制备CdS的基本原理，并通过实验条件的改变，如沉积温度、沉积时间、反应溶液的pH值、退火条件等对薄膜质量的影响，分别用 X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见吸收光谱等测试，从结构、形貌、光学特性等方面对其进行分析，通过讨论得出最佳优化条件。结论如下：
　　(1)当沉积时间为60min时，沉积出的CdS薄膜均匀致密并且厚度基本稳定。
　　(2)当沉积温度为80℃时非常有利于CdS六方晶面的生长，形成比较完整致密的薄膜，随着沉积温度的升高，光吸收边发生了红移，CdS的禁带宽度变窄。
　　(3)随着溶液的pH值的升高，得到的CdS薄膜的形貌有较大改变，pH=10.5的条件下得到的CdS致密性最好，并且pH升高有利于CdS六方晶面的生长。
　　(4)退火处理可以使CdS的禁带宽度变窄，在其表面悬涂CdCl2甲醇溶液退火处理可以有效地促进CdS晶粒的生长和重结晶，使薄膜变得更加致密均匀。
　　(5)研究发现，在退火温度为400℃时效果最佳，退火温度大于400℃，CdS薄膜会被氧化。
　　2、本文还研究了运用电化学沉积法制备CdTe薄膜，通过改变沉积CdTe薄膜的电位和后期的热处理条件，用 X射线衍射仪、原子力显微镜和紫外可见吸收光谱等测试研究了不同沉积电位和热处理条件对CdTe薄膜的晶体结构、形貌和光学特性的影响。
　　3、将CdS和CdTe薄膜制成一种新型的太阳能电池结构，并对其电学特性进行测试。

目录

封面

声明

学位论文答辩委员会名单

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 太阳能电池的研究背景

1.2 太阳能电池的基本原理

1.3 太阳能电池的分类

1.4 硫化镉(CdS)和碲化镉(CdTe)的结构性质

1.5 本论文的主要工作

第二章 CdS薄膜的制备和表征方法

2.1薄膜的制备方法

2.2 CdS薄膜的制备

2.3 薄膜的表征形式

2.4 本章小结

第三章 CdS薄膜在不同工艺条件下的制备及表征

3.1 沉积时间对CdS薄膜的结构和性能的影响

3.2沉积温度对CdS薄膜的结构和性能的影响

3.3 反应溶液pH值对CdS薄膜的结构和性能的影响

3.4 CdCl2预处理对CdS薄膜的结构和性能的影响

3.5 不同退火温度对CdS薄膜的结构和性能的影响

3.6 CdS薄膜的霍尔系数测量

3.7 本章小结

第四章 不同工艺条件下CdTe薄膜的制备与表征

4.1 CdTe薄膜的制备

4.2沉积电位与CdTe薄膜的关系

4.3 CdCl2 热处理对CdTe薄膜的影响

4.4 CdTe薄膜的电学性质

4.5 本章小结

第五章CdS/CdTe太阳能电池的制备及电池性能测试

5.1 新型CdS/CdTe太阳能电池的结构

5.2 CdS/CdTe太阳能电池的电池性能测试

第六章 总 结

参考文献

致谢

作者简介