碲化镉太阳能电池PPT课件.ppt
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1、CdTe太阳能电池太阳能电池1.10cm*10cm小型碲化镉薄膜太阳能电池模组碲化镉太阳能电池研究进展碲化镉太阳能电池研究进展碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池成本估算碲化镉太阳能电池成本估算碲化镉太阳能电池优势与缺陷碲化镉太阳能电池优势与缺陷1.研究进展研究进展第一个CdTe太阳能电池是由RCA实验室在CdTe单晶上镀上In的合金制得的。其光电转换效率为2.11.研究进展研究进展n-n-CdTeCdTep-Cup-Cu2-12-1TeTe7%7%稳定性稳定性结构结构效率效率存在问题存在问题19631963年,年,第一个第一
2、个异质结异质结CdTeCdTe薄薄膜电池膜电池诞生诞生。1982年,Kodak实验室里由化学沉积法在P型的CdTe上制备一层超薄的CdS。制备出效率超过10的异质结p-CdTenCdS薄膜太阳能电池1.研究进展研究进展glassglassglassglass/T/T/T/TCOCOCOCOCdCdCdCdS S S SCdTeCdTeCdTeCdTe1.研究进展研究进展目目前,前,小面积小面积CdTeCdTe太阳电池的最高转换效率为太阳电池的最高转换效率为16165 5%(VocVoc:8458450mv0mv,JscJsc:25259mA9mAcmcm2 2,FF FF:75755151,0
3、 09494m2)m2)。由美国可再生能源国家实验室创造,组件效率达到由美国可再生能源国家实验室创造,组件效率达到10107 7。1.1.研究进展研究进展小小面积电池面积电池的的转换效率已经达到转换效率已经达到了了16.5%16.5%四川大学四川大学正在正在进行进行0.1m0.1m2 2组件生产线组件生产线的的建设建设和和大面积大面积电池生产技术电池生产技术的的研发研发。四川四川大学制备大学制备出效率出效率为为13.38%13.38%的小的小面积电池面积电池,54cm254cm2集成集成组件组件效率效率达到达到7 7商业组件商业组件的的转换效率约转换效率约1010%CdTe2.2.碲化镉太阳能
4、电池原理碲化镉太阳能电池原理2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理CdTe太阳能电池发电的原理是基于光伏效应,即由太阳光子与半导体相互作而太阳能电池发电的原理是基于光伏效应,即由太阳光子与半导体相互作而产生电势从而输出电流对外做功。产生电势从而输出电流对外做功。p/n结型太阳能电池的基本工作原理是:结型太阳能电池的基本工作原理是:P型半导体和型半导体和n型半导体结合在一型半导体结合在一起形成起形成p-n结,由于多数载流子的扩散形成空间电荷区,同时形成一个不断增结,由于多数载流子的扩散形成空间电荷区,同时形成一个不断增强的从强的从n型到型到P型半导体的内建电场,导致多数载流子反向飘移。
5、当这一过程型半导体的内建电场,导致多数载流子反向飘移。当这一过程达到平衡,扩散电流和飘移电流相等。当有光照射达到平衡,扩散电流和飘移电流相等。当有光照射p-n结,且光子能量大于结,且光子能量大于P-n结的禁带宽度时。吸收层的电子获得能量跃迁到导带,同时在价带中产生空穴。结的禁带宽度时。吸收层的电子获得能量跃迁到导带,同时在价带中产生空穴。在在P-n结附近会产生电子空穴对。产生的非平衡载流子由于内建电场作用向结附近会产生电子空穴对。产生的非平衡载流子由于内建电场作用向空间电荷区两端漂移从而产生光生电势。将空间电荷区两端漂移从而产生光生电势。将p-n结与外电路导通,电路中会出结与外电路导通,电路中
6、会出现电流。这一现象称为光生伏特效应,简称光伏效应。现电流。这一现象称为光生伏特效应,简称光伏效应。2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理 superstrate结构是在玻璃衬底上依次长上透明氧化层结构是在玻璃衬底上依次长上透明氧化层(TCO)、)、CdS、CdTe薄膜,而太阳光是由玻璃衬底上方照射薄膜,而太阳光是由玻璃衬底上方照射进入,先透过进入,先透过TCO层,再进入层,再进入CdS/CdTe结。而在结。而在substrate结构,结构,是先在适当的衬底上长上是先在适当的衬底上长上CdTe薄膜,再接着长薄膜,再接着长CdS及及TCO薄膜。薄膜。其中以其中以superstrate的
7、效率最高。的效率最高。2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理结构结构透明导电氧化层n型半导体p型半导体降低CdTe与金属电极接触势垒2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理结构结构CdTeCdTe薄膜太阳能电池能带图薄膜太阳能电池能带图2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。玻璃衬底玻璃衬底2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理TCOTCO层层透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。透明导电氧化层。它主要的作用是
8、透光和导电的作用。用于用于CdTeCdTeCdSCdS薄膜太阳能电池的薄膜太阳能电池的TCOTCO必须具备下列的特性:必须具备下列的特性:在波长在波长400400860nm860nm的可见光的透过率超过的可见光的透过率超过8585:低的电阻率,:低的电阻率,大约大约210-4210-4cm数量级;在后续高温沉积其它薄膜层时的数量级;在后续高温沉积其它薄膜层时的良好的热稳定性。良好的热稳定性。CdSCdS窗口层窗口层2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理n n型半导体,与型半导体,与P P型型CdTeCdTe组成组成p/np/n结。结。CdSCdS的吸收边大约是的吸收边大约是521 n
9、m521 nm,可见几乎所有的可见光都可以透过。因此可见几乎所有的可见光都可以透过。因此CdSCdS薄膜常用于薄膜薄膜常用于薄膜太阳能电池中的窗口层。太阳能电池中的窗口层。2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理CdTeCdTe吸收层吸收层电池的主体吸光层,它与电池的主体吸光层,它与n n型的型的CdSCdS窗口层形成的窗口层形成的p-np-n结是整个电结是整个电池最核心的部分。多晶池最核心的部分。多晶CdTeCdTe薄膜具有制备太阳能电池的理想的薄膜具有制备太阳能电池的理想的禁带宽度禁带宽度(Eg=1(Eg=145 eV)45 eV)和高的光吸收率和高的光吸收率(大约大约104/cm
10、)104/cm)。CdTeCdTe的光谱响应与太阳光谱几乎相同。的光谱响应与太阳光谱几乎相同。2.2.碲化镉太阳能电池原理碲化镉太阳能电池原理背接触层和背电极背接触层和背电极背接触层和背电极背接触层和背电极降低降低CdTeCdTe和金属电极的接触势垒,引出电流,使金属电极和金属电极的接触势垒,引出电流,使金属电极与与CdTeCdTe形成欧姆接触。形成欧姆接触。3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺近空间升华法近空间升华法近空间升华法近空间升华法CdClCdClCdClCdCl2 2 2 2处理处理处理处理工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程关键技术关键技术关键技术关键技术背接触层背接
11、触层背接触层背接触层3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程电沉积、化学浴沉积等低温沉积技术制备的薄膜致密,晶粒细小。经过后处理,晶粒长大。丝网印刷、近空间升华、元素气相化合等高温沉积技术,制备的薄膜,晶粒尺寸在23 u m以上,仍需在含氯化合物+氧气氛下进行后处理,才能制备出较高转换效率的电池,可能的原因是氯不仅促进了晶粒的长大,而在CdTe中作为受主杂质,钝化了晶界缺陷。3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺CdTe薄膜制备技术3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺3
12、.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺近空间升华法 特点 厚度均匀、晶粒大小适当、高效率、设备简单、沉积速度高、Cd污染小、易于控制近空间升华法沉积设备示意图3.碲化镉太阳能电池制作工艺碲化镉太阳能电池制作工艺CdTeCdTe在高于在高于450450度度时升华并分解,当它们沉积在较低温度的衬底上时,再化合形时升华并分解,当它们沉积在较低温度的衬底上时,再化合形成多晶薄膜。为了制取厚度均匀、化学组份均匀、晶粒尺寸均匀的薄膜,不希望成多晶薄膜。为了制取厚度均匀、化学组份均匀、晶粒尺寸均匀的薄膜,不希望镉离子镉离子和和碲离子碲离子直接蒸发到衬底上。因此,反应室要用保护性气体维持一定的气直
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