CdS薄膜的制备及其在CdTe电池中的应用
CdTe 是目前发展最快的薄膜太阳能电池之一。CdTe 电池目前达到的最高转换效率是16.5%。由于具有较高的光电转换效率，较低的成本造价和较长的使用寿命，CdTe 电池成为最有前景的薄膜太阳能电池之一。
CdS 属于二六族化合物，立方或者六方结构，六方结构在高温下更稳定。CdS 是直接带隙半导体，带宽2.42 eV。CdS 是目前最适合的CdTe电池的窗口层材料。尽管CdS 与CdTe 的晶格失配达到10%，但是CdCl2 气氛下的热退火处理可以使CdS 与CdTe 之间发生相互扩散， 形成CdS1- xTex 缓冲层，从而有效减少界面失配造成的界面态[3]。CdS 薄膜的制备方法通常有闭空间升华法（CSS），化学水浴沉积（CBD），溅射，电沉积，MOCVD。CBD 方法是最常用的制备CdS 薄膜的方法。由于CdS 在水中溶解度很低，溶液中Cd 离子和S 离子会结合沉积在衬底表面形成CdS 薄膜。由于CBD 方法镀膜速度较慢，工业生产中会涉及到大量废水处理的问题，真空方法镀CdS 膜成为近来研究的热点。CSS 方法在真空环境中通过热升华的方法制备CdS 薄膜。CS方法成膜质量高，沉积速度快，不涉及大量废水处理，适合工业化大规模生产，具有很大的开发前景。
3、总结
本文使用化学水浴沉积的方法（CBD）和闭空间升华的方法（CSS）制备CdS 薄膜，并制成CdTe太阳能电池器件。CSS 方法制备的薄膜晶粒较CBD 方法大，其尺寸分布在150~200 nm。CSS CdS呈稳定性较好的六方结构，其带宽为2.42 eV，光学吸收边在500~550 nm 附近；CBD CdS 由立方结构和六方结构的混合相组成，带宽为2.38 eV，光学吸收边和CSS CdS 相比向长波长方向偏移。XPS测量结果表明，CSS CdS 的费米面位置略高于CBD CdS，使得结区自建势提高，有利于制备更高质量的太阳能电池。基于CSS CdS 薄膜制备的CdTe 太阳能电池转换效率达到10.9%， 和基于CBD CdS 薄膜制备的CdTe 太阳能电池相比有了进一步改善。光量子效率显示，在350~500 短波长波段，电池性能受限于CdS 窗口层对短波长光的吸收，基于CSS CdS 的电池在这个波长范围的表现略好于基于CBD CdS 的电池。CSS CdS 薄膜沉积时间较短，整个过程在真空室中完成，可以建成和CdTe 沉积设备连成一体的生产线，有利于CdTe电池大规模产业化的实现。
【作者】 韩俊峰； 廖成； 江涛； 赵夔；
【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)
【机构】 北京大学核物理与核技术国家重点实验室；
【摘要】 CdTe薄膜电池是发展最快、应用前景最好的一类太阳能电池。CdS层是CdTe电池的窗口层材料,其薄膜质量直接影响电池的转换效率。本文介绍了化学水浴沉积(CBD)和闭空间升华(CSS)两种方法沉积CdS薄膜,并完成单电池器件的制备和测试。CSS方法制备的薄膜结晶较大,光学和电学性能好于CBD方法制备的薄膜,太阳能电池的光电转换效率达到10.9%。CSS方法镀膜速度快,真空环境工作,有利于大规模产业化应用。
【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.
【关键词】 闭空间升华； 化学水浴沉积； 硫化镉； 薄膜太阳能电池；
【Key words】 CSS； CBD； CdS； thin film solar cell；
【基金】 北京市自然科学基金(H030630010120)
