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氧化钼对CdTe电池性能影响的理论研究文献综述

 2020-06-09 22:41:18  

文 献 综 述

1.引言

1.1研究背景

二十一世纪人类面临着能源和环境两大问题的严重困扰。现代社会对于化石能源的大量消耗以及与日俱增的能源需求,使得化石能源面临枯竭的境地;与此同时,化石能源的燃烧导致温室气体大量排放,造成全球各国所面临的的环境问题。因此,寻找一种储量丰富、安全、无污染、适合大规模应用的能源是解决能源和环境危机的关键。太阳能给了我们希望。首先,太阳能是一种绿色、无污染的清洁能源;其次,太阳能分布广泛;第三,太阳能总量巨大;第四,太阳能是一种长期稳定的能量来源。因此,在众多新能源中,太阳能有着得天独厚的优势,或许是最具潜力成为未来世界主流能源的一种能源。

太阳能的利用分为太阳能光能的利用和太阳能热能的利用。利用太阳能的光伏效应进行发电,已成为利用太阳能的最重要方式。太阳能电池主要分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、有机太阳能电池及有机无机掺杂太阳能电池等。碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池就是化合物半导体太阳能电池中最具代表性的一种。

CdTe是Ⅱ-Ⅵ族的化合物,为直接带隙结构,其禁带宽度为1.45eV[1],处于理想太阳能电池的禁带宽度范围之间。同时,CdTe的光吸收系数很高(>5#215;105/cm),因此仅仅2μm厚的CdTe薄膜,就足够吸收光谱中99%的可吸收光子。CdTe薄膜太阳能电池简称CdTe电池,它是一种以p型CdTe和n型Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池。其具有光电转换效率高,电池稳定性高,适合薄膜化等优异的特点,已发展成为光伏市场重要的电池类型。

1.2研究进展及现状

1959年,RCA实验室的Rappaport通过在p型CdTe晶体上扩散In,制备出世界上第一块CdTe单晶同质PN结太阳能电池[2],转换效率大约2%,开路电压600mV。1979年,法国CNRS团队通过在衬底上沉积Se的CdTe薄膜制得效率为7%的单晶同质结电池[3],开路电压723mV,之后又将效率提升到10.5%[4]。CdTe异质结电池研究分为两个方向,把CdTe薄膜作为N型层研究以及将其作为P型晶体的研究。1964年,Muller等[5]首先引入n-CdS/p-CdTe器件结构。1969年,Adirovich等[6]依次在玻璃衬底上沉积TCO、CdS、CdTe,制备了第一块上衬底(Superstrate)结构的多晶异质结电池,效率为2%。1972年,Bonnet和Rabenhorst[7]报道了的下衬底(Substrate)结构电池,获得了5%-6%的转化效率,还提出影响高效率电池制备的几个关键问题。1977年,Mitchll采用1μm的CdS与CdTe形成PN结,电极采用ITO透明电极,获得7.9%的转换效率,开路电压630mV。 1982年,Tyan等[8]引入近空间升华法,效率到达10%。1990年,Chu[9]等通过在玻璃衬底的SnO2薄膜上,沉积制备CdS多晶薄膜,以及近空间升华法制备CdTe多晶薄膜,以掺杂Cu和Hg的石墨胶作为背接触,得到12.6% 的新型多晶薄膜器件,随后3年,效率达到15.8%[10]。 近几年,随着电池不断发展,效率到达21%[11]。

我国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术(ED)研究和制备碲化镉薄膜太阳能电池,后者研制电池效率达到2.8%。最近电池效率达到13.68%,进入世界先进行列。”十五”期间,CdTe被列入我国高技术研究发展计划”863”重点项目。

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