射頻磁控濺射法制備CdO/CdTe薄膜太陽能電池

【摘要】：太陽能光伏技術(shù)是人類在21世紀(jì)必須掌握的核心技術(shù)之一，當(dāng)今世界環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和能源問題突出，而太陽能的應(yīng)用是解決能源與環(huán)境問題的有效途徑，如今，光伏發(fā)電技術(shù)和太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蒸蒸日上，但同時還存在一些須待解決的嚴(yán)重問題。 太陽能光伏發(fā)電組件，分為晶體硅太陽能電池組件和薄膜太陽能電池組件用兩類。薄膜太陽能電池使用只有幾微米厚的半導(dǎo)體材料,相對于晶硅電池，太陽能薄膜電池理論轉(zhuǎn)換率更高，也更為環(huán)保，而且它們的應(yīng)用更廣泛，襯底更靈活，可以應(yīng)用于太陽能屋頂?shù)奈菝娌牧虾碗p電力發(fā)電機(jī)。所以，在太陽能電池發(fā)展方面，人們在重點(diǎn)研究和發(fā)展各種薄膜太陽能電池，側(cè)重研究具有不同光譜響應(yīng)和不同禁帶寬度的復(fù)合材料，以制成多結(jié)薄膜電池，來進(jìn)一步提高電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本。 CdTe薄膜太陽能電池具有高的理論轉(zhuǎn)換高效率，制作成本低，它的禁帶寬度在1.45ev左右，能與太陽光譜很好地匹配，是一種理想的吸收層材料。目前，在這一領(lǐng)域領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)是一家叫作FirstSolar（第一太陽能）的公司，它使用碲化鎘作為薄膜材料。本文主要對射頻磁控濺射法制備CdO/CdTe薄膜電池進(jìn)行研究，利用X射線衍射儀(XRD)、紫外-可見光譜儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、HG-500多波段光源、吉時利6487型皮安表和I-V測試系統(tǒng)等測試手段研究不同制備工藝對電池性能的影響，給出了研究CdTe薄膜電池的一些實(shí)例，分析了提高電池效率的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濺射功率和工作壓強(qiáng)是影響CdTe薄膜性能的關(guān)鍵因素，適當(dāng)?shù)卦黾哟派涔β屎徒档凸ぷ鲏簭?qiáng)可以提高薄膜的結(jié)晶性能和光學(xué)特性，升高襯底溫度可以提高CdTe薄膜的性能，提高薄膜電池效率。對CdTe薄膜進(jìn)行少量的Cu摻雜能明顯改善薄膜的電學(xué)性能，提高電池的電流密度，但過量的摻雜會破壞晶格，Cu摻雜對薄膜的禁帶寬度影響很小。采用射頻磁控濺射法制備CdO薄膜，Ar/O2比是影響CdO薄膜性能是主要因素，Ar/O2比大電學(xué)性能好，Ar/O2比小光透過率高，適當(dāng)增加Ar/O2比可以改善電池的短波響應(yīng)，提高電池的短流密度。 【關(guān)鍵詞】：CdTe薄膜 CdO薄膜 射頻磁控濺射 太陽能電池 工藝參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 文獻(xiàn)綜述10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太陽能電池簡介11-16
• 1.2.1 太陽能電池的基本工作原理11-14
• 1.2.2 太陽能電池效率14
• 1.2.3 太陽能電池結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3 太陽能電池分類16-21
• 1.3.1 單晶硅太陽電池16
• 1.3.2 多晶硅太陽電池16-17
• 1.3.3 多晶硅和微晶硅薄膜太陽電池17
• 1.3.4 非晶硅薄膜太陽電池17-18
• 1.3.5 帶狀硅太陽電池18
• 1.3.6 ΙΙΙ V 族化合物太陽電池18-19
• 1.3.7 硒銦銅多晶薄膜太陽電池19-20
• 1.3.8 碲化鎘多晶薄膜太陽電池20-21
• 1.3.9 有機(jī)太陽電池21
• 1.4. 光伏發(fā)電概況21-23
• 1.4.1 國外發(fā)展概況21-22
• 1.4.2 國內(nèi)發(fā)展概況22-23
• 1.5 本論文的主要工作及目的23-24
• 第2章 樣品的制備方法和測試方法24-38
• 2.1 CdTe 薄膜的制備工藝24-27
• 2.1.1 近距離空間升華法24-25
• 2.1.2 電沉積法25
• 2.1.3 磁控濺射法25-26
• 2.1.4 真空蒸發(fā)法26
• 2.1.5 近距離氣相輸運(yùn)26
• 2.1.6 絲網(wǎng)印刷法26-27
• 2.2 射頻磁控濺射制備 CdTe 多晶薄膜27-32
• 2.2.1 磁控濺射沉積 CdTe 薄膜原理27-28
• 2.2.2 射頻磁控濺射的特點(diǎn)28-29
• 2.2.3 射頻磁控濺射系統(tǒng)29-30
• 2.2.4 工藝參數(shù)對 CdTe 薄膜的影響30-32
• 2.3 測試 CdTe 薄膜方法介紹32-37
• 2.3.1 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)測試32-33
• 2.3.2 薄膜光學(xué)性質(zhì)的測試33
• 2.3.3 薄膜的電學(xué)性能測試33-36
• 2.3.4 薄膜表面形貌及成分測試36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 CdTe 薄膜的制備及特性研究38-51
• 3.1 樣品制備與測試38-40
• 3.1.1 基片的清洗38
• 3.1.2 CdTe 薄膜樣品制備的實(shí)驗(yàn)過程38-40
• 3.2 結(jié)果與討論40-50
• 3.2.1 薄膜晶體結(jié)構(gòu)分析40-43
• 3.2.2 薄膜的光學(xué)性質(zhì)43-46
• 3.2.3 薄膜的形貌與成分分析46-50
• 3.3 本章總結(jié)50-51
• 第4章 Cu 摻雜對 CdTe 薄膜性能的影響51-56
• 4.1 引言51
• 4.2 摻雜過程討論51-55
• 4.2.1 共濺射法摻雜51
• 4.2.2 Cu 摻雜前后 CdTe 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)分析51-52
• 4.2.3 Cu 摻雜后 CdTe 薄膜的電學(xué)特性52-54
• 4.2.4 Cu 摻雜后 CdTe 薄膜的光學(xué)特性54-55
• 4.3 本章總結(jié)55-56
• 第5章 CdO/CdTe 薄膜電池的制備及性能測試56-61
• 5.1 CdTe 薄膜電池結(jié)構(gòu)56-58
• 5.1.1 透明導(dǎo)電 ZnO 薄膜56-57
• 5.1.2 CdO 薄膜的制備及特性57
• 5.1.3 CdTe 薄膜及 Cu 背電極的制備57-58
• 5.2 電池性能測試58-60
• 5.2.1 薄膜電池的光譜響應(yīng)58
• 5.2.2 薄膜電池的伏安特性58-60
• 5.3 本章總結(jié)60-61
• 第6章 結(jié)論61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 詳細(xì)摘要69-73

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