碲化镉薄膜太阳能电池相关材料的制备与表征

【摘要】： 碲化镉(CdTe)和硫化镉(CdS)是制造薄膜太阳能电池的常用半导体材料。CdTe/CdS薄膜太阳能电池最高实验室光电转换效率已经达到16.5%。本论文研究了在CdTe薄膜太阳能电池制备过程中相关材料的制备、处理和表征。 第一章首先介绍了太阳能电池的发展历史和基本工作原理。然后介绍了CdTe和CuInSe2薄膜太阳能电池的特点和结构。最后介绍了CdTe薄膜太阳能电池中的欧姆接触。 第二章中采用三电极电化学沉积法成功制备了CdTe多晶薄膜。通过XRD、Rman、SEM等手段研究了CdCl2热处理以后对电化学沉积的CdTe薄膜的晶体结构和微结构的影响。 第三章首先研究了化学水浴法沉积CdS的机理和CdCl2热处理对CdS薄膜微结构、表面形貌、晶体结构和光电性质的影响。然后采用Glass/FTO/CdS/CdTe/ CdS结构,通过XRD、SEM、Raman、XPS等手段重点研究了不同温度CdCl2空气热处理对CdS/CdTe界面互扩散、界面反应和重结晶过程的影响。研究发现热处理550℃时界面已生成具有六方纤锌矿结构的CdS0.85Te0.15。CdCl2防止了界面的氧化和促进了CdS/CdTe界面扩散以及CdSxTe1-x的生成。 第四章首先介绍了近空间升华法制备CdTe薄膜的原理和装置。然后研究了CdTe薄膜的溴-甲醇化学蚀刻的机理和蚀刻前后表面化学组成和微结构的变化。通过摸索和优化溴-甲醇化学蚀刻条件,作者制备出了光电转换效率为12.4%的CdTe薄膜太阳能电池。 【关键词】：碲化镉薄膜太阳电池 碲化镉 硫化镉 电化学沉积 拉曼光谱 界面扩散 CdS_xTe_(1-x) 近空间升华 溴-甲醇化学蚀刻
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能光伏发电研究和应用的历史8-9
• 1.3 太阳能电池基本工作原理和性能参数9-11
• 1.4 太阳能电池分类11
• 1.5 化合物薄膜太阳能电池11-16
• 1.5.1 CuInSe_2薄膜太阳能电池11-12
• 1.5.1.1 CuInSe_2薄膜太阳能电池的发展历史和特点11-12
• 1.5.1.2 CuInSe_2薄膜太阳能电池结构和能带12
• 1.5.2 CdTe 薄膜太阳能电池12-16
• 1.5.2.1 CdTe 薄膜太阳能电池的发展历史和特点12-13
• 1.5.2.2 CdTe 薄膜太阳能电池的结构13-15
• 1.5.2.3 CdTe 薄膜太阳能电池的能带结构15-16
• 1.6 欧姆接触16-17
• 1.7 CdTe 薄膜太阳能电池中的欧姆接触17
• 1.8 本论文的主要研究内容17-20
• 第二章 电化学沉积 CdTe 薄膜的制备与热处理20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 CdTe 晶体性质20-21
• 2.3 电化学沉积CdTe 薄膜的研究背景21-22
• 2.4 电化学沉积法制备CdTe 薄膜22-24
• 2.4.1 电化学沉积的实验条件22-23
• 2.4.2 电化学沉积的实验过程23-24
• 2.5 电化学沉积CdTe 薄膜的CdCl热处理24-29
• 2.5.1 CdCl_2热处理CdTe 薄膜的机理和作用24
• 2.5.2 CdCl_2热处理CdTe 薄膜的实验方法24-25
• 2.5.3 CdCl_2热处理CdTe 薄膜的结果与讨论25-29
• 2.5.3.1 SEM 和XRD 分析25-28
• 2.5.3.2 Raman 分析28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 CdCl_2热处理对 CdS/CdTe 界面扩散的影响研究30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 CdS 薄膜的制备与热处理30-36
• 3.2.1 CdS 薄膜的基本性质30-31
• 3.2.2 化学水浴法制备CdS 薄膜31-34
• 3.2.3 CdS 薄膜的CdCl_2热处理34-36
• 3.3 CdCl_2热处理CdS/CdTe 实验方法36-37
• 3.4 CdCl_2热处理CdS/CdTe 实验结果与讨论37-45
• 3.4.1 XRD 和SEM 分析37-41
• 3.4.2 Raman 分析41-44
• 3.4.3 XPS 分析44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 CdTe 薄膜的近空间升华法制备和化学蚀刻46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 近空间升华法制备CdTe 薄膜46-50
• 4.2.1 近空间升华实验原理46-47
• 4.2.2 近空间升华实验设备47-49
• 4.2.3 近空间升华实验结果49-50
• 4.3 CdTe 薄膜的溴-甲醇化学蚀刻50-56
• 4.3.1 CdTe 薄膜的化学蚀刻50-51
• 4.3.2 溴-甲醇化学蚀刻51-56
• 4.3.2.1 溴-甲醇化学蚀刻的原理51-52
• 4.3.2.2 溴-甲醇化学蚀刻结果与讨论52-55
• 4.3.2.3 溴-甲醇蚀刻对电池转换效率的影响55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 在读期间发表的学术论文与有关工作65

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