CdS薄膜的制備及其在CdTe電池中的應(yīng)用

　　CdTe 是目前發(fā)展最快的薄膜太陽能電池之一。CdTe 電池目前達(dá)到的最高轉(zhuǎn)換效率是16.5%。由于具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，較低的成本造價(jià)和較長(zhǎng)的使用壽命，CdTe 電池成為最有前景的薄膜太陽能電池之一。

　　CdS 屬于二六族化合物，立方或者六方結(jié)構(gòu)，六方結(jié)構(gòu)在高溫下更穩(wěn)定。CdS 是直接帶隙半導(dǎo)體，帶寬2.42 eV。CdS 是目前最適合的CdTe電池的窗口層材料。盡管CdS 與CdTe 的晶格失配達(dá)到10%，但是CdCl2 氣氛下的熱退火處理可以使CdS 與CdTe 之間發(fā)生相互擴(kuò)散， 形成CdS1- xTex 緩沖層，從而有效減少界面失配造成的界面態(tài)[3]。CdS 薄膜的制備方法通常有閉空間升華法（CSS），化學(xué)水浴沉積（CBD），濺射，電沉積，MOCVD。CBD 方法是最常用的制備CdS 薄膜的方法。由于CdS 在水中溶解度很低，溶液中Cd 離子和S 離子會(huì)結(jié)合沉積在襯底表面形成CdS 薄膜。由于CBD 方法鍍膜速度較慢，工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)涉及到大量廢水處理的問題，真空方法鍍CdS 膜成為近來研究的熱點(diǎn)。CSS 方法在真空環(huán)境中通過熱升華的方法制備CdS 薄膜。CS方法成膜質(zhì)量高，沉積速度快，不涉及大量廢水處理，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，具有很大的開發(fā)前景。

3、總結(jié)

　　本文使用化學(xué)水浴沉積的方法（CBD）和閉空間升華的方法（CSS）制備CdS 薄膜，并制成CdTe太陽能電池器件。CSS 方法制備的薄膜晶粒較CBD 方法大，其尺寸分布在150~200 nm。CSS CdS呈穩(wěn)定性較好的六方結(jié)構(gòu)，其帶寬為2.42 eV，光學(xué)吸收邊在500~550 nm 附近；CBD CdS 由立方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)的混合相組成，帶寬為2.38 eV，光學(xué)吸收邊和CSS CdS 相比向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向偏移。XPS測(cè)量結(jié)果表明，CSS CdS 的費(fèi)米面位置略高于CBD CdS，使得結(jié)區(qū)自建勢(shì)提高，有利于制備更高質(zhì)量的太陽能電池。基于CSS CdS 薄膜制備的CdTe 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.9%， 和基于CBD CdS 薄膜制備的CdTe 太陽能電池相比有了進(jìn)一步改善。光量子效率顯示，在350~500 短波長(zhǎng)波段，電池性能受限于CdS 窗口層對(duì)短波長(zhǎng)光的吸收，基于CSS CdS 的電池在這個(gè)波長(zhǎng)范圍的表現(xiàn)略好于基于CBD CdS 的電池。CSS CdS 薄膜沉積時(shí)間較短，整個(gè)過程在真空室中完成，可以建成和CdTe 沉積設(shè)備連成一體的生產(chǎn)線，有利于CdTe電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。

　　【作者】 韓俊峰； 廖成； 江濤； 趙夔；

　　【Author】 HAN Jun-feng,LIAO Cheng,JIANG Tao,ZHAO Kui(State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology,Department of Physics,Peking University,Beijing 100871,China)

　　【機(jī)構(gòu)】 北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；

　　【摘要】 CdTe薄膜電池是發(fā)展最快、應(yīng)用前景最好的一類太陽能電池。CdS層是CdTe電池的窗口層材料,其薄膜質(zhì)量直接影響電池的轉(zhuǎn)換效率。本文介紹了化學(xué)水浴沉積(CBD)和閉空間升華(CSS)兩種方法沉積CdS薄膜,并完成單電池器件的制備和測(cè)試。CSS方法制備的薄膜結(jié)晶較大,光學(xué)和電學(xué)性能好于CBD方法制備的薄膜,太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.9%。CSS方法鍍膜速度快,真空環(huán)境工作,有利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　【Abstract】 The CdTe solar cell is one of the most popular thin film PV devices,and CdS is used as a suitable window layerfor CdTe-based photovoltaic systems.The CdS films here were prepared by chemical bath depostion(CBD) and closed space sublimation(CSS).The complete CdTe/CdS solar cell devices were fabricated and analyzed.It was found that the films prepared by the CSS method have larger grains and better optical/electrical properties.The photoelectric conversion efficiency of such a solar cell comes up to 10.9%.The films deposited by CSS method is fast in vacuum system and suitable for commercial applications.

　　【關(guān)鍵詞】 閉空間升華； 化學(xué)水浴沉積； 硫化鎘； 薄膜太陽能電池；

　　【Key words】 CSS； CBD； CdS； thin film solar cell；

　　【基金】 北京市自然科學(xué)基金(H030630010120)