硫化镉及其铜掺杂薄膜的制备与性质研究

摘要

CdS/CdTe薄膜太阳能电池由于其高转化效率、性能稳定、成本低廉等优点得到了国际光伏界的广泛关注。其中CdS薄膜作为CdTe电池的N型层和窗口层，其质量直接影响CdTe薄膜的制备以及电池的光电转化效率和寿命。在制备CdS薄膜的众多方法中化学水浴法(CBD)由于其成本低廉、工艺简单且易于实现大规模生产而受到人们的重视。本论文主要研究了水浴法制各CdS过程中各参数对薄膜沉积的影响以及Cu掺杂对于CdS薄膜结构和性质的影响。
　　 第一章首先介绍了太阳能电池的发展历史以及其工作的基本原理，然后介绍了CdTe薄膜太阳能电池的发展以及电池中各层薄膜的作用，最后简要介绍了CdTe薄膜太阳能电池中的背接触问题。
　　 第二章用化学水浴法制备了CdS薄膜，研究了用不同镉源体系制备的CdS薄膜性质的差别，以及溶液pH值和水浴温度对薄膜沉积过程的影响。实验结果显示乙酸镉体系制备的CdS薄膜的性质优于硫酸镉体系。对化学浴沉积法制备CdS的工艺进行了改进。
　　 第三章采用化学浴沉积法在FTO(Sn02:F)/Glass衬底上制备了Cu掺杂的CdS薄膜。用等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测得不同Cu掺杂浓度的薄膜中Cu/Cd原子比分别为0.5％、1.5％、5％。通过XRD、SEM、PL研究了Cu掺杂前后CdS薄膜的PL谱及晶体结构特征。Cu掺杂对于CdS薄膜的PL发光有明显的影响，主要使其PL发光淬灭。Cu在CdS中主要以替代方式占据Cd原子位置形成受主点缺陷CuCd。Cu掺杂会阻碍CdS在CdC12热处理过程中的再结晶，导致薄膜晶粒尺寸较小，结晶性变差。用Cu掺杂的CdS薄膜作为N-型层制备CdTe太阳能电池，Cu掺杂浓度增加时CdS/CdTe界面质量明显变差。同时Cu在CdS中形成的受主点缺陷CuCd会产生一个势垒，阻碍电子的传输，其I-V曲线会有明显的“Roll-Over”现象，导致电池转换效率和开路电压降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 太阳能电池工作原理

1．3 太阳能电池的主要参数

1．3．1 太阳能电池的等效电路分析

1．3．2 短路电流Isc

1．3．3 开路电压Voc

1．3．4 填充因子FF

1．3．5 转化效率η

1．3．6 电池的串联电阻和并联电阻

1．4 太阳能电池种类

1．5 化合物半导体薄膜太阳能电池

1．5．1 GaAs太阳能电池

1．5．2 CuIn(Ga)Se2薄膜太阳能电池

1．5．3 CdTe薄膜太阳能电池

1．6 论文的研究目的和内容

参考文献

第二章 CdS及Cu掺杂CdS薄膜的化学水浴法制备

2．1 前言

2．2 化学浴沉积的理论基础

2．2．1 化学浴沉积的发展历史

2．2．2 化学浴沉积的成核过程

2．2．3 化学浴沉积反应的几个主要阶段

2．3 化学浴沉积法制备CdS多晶薄膜

2．3．1 化学浴沉积CdS薄膜的机理

2．3．2 化学浴沉积CdS薄膜的实验方案

2．3．3 化学浴沉积实验参数对薄膜沉积的影响

2．3．4 化学浴沉积制备Cu掺杂CdS薄膜

2．4 本章小结

参考文献

第三章 Cu掺杂对CdS薄膜性质的影响研究

3．1 前言

3．2 实验方法

3．3 Cu掺杂CdS薄膜的表征方法

3．3．1 等离子体原子发射光谱(ICP-AES)

3．3．2 X射线衍射(XRD)

3．3．3 扫描电子显微镜(SEM)

3．3．4 光致发光谱(PL)

3．2．5 紫外-可见-近红外光谱

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 Cu掺杂对CdS薄膜结构的影响

3．4．2 Cu掺杂对CdS薄膜光致发光谱的影响

3．5 CdS中掺Cu对CdS／CdTe太阳能电池性能的影响

3．5．1 CdTe太阳能电池的制备

3．5．2 CdTe太阳能电池的测试

3．6 本章小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与有关工作