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•11.1引言•11.2材料性质•11.3太阳电池的结构及工作原理•11.4薄膜材料及太阳电池的制备工艺•11.5薄膜太阳电池的发展现状和前景11Ⅱ-Ⅵ族多晶薄膜太阳电池材料11.1引言近年来光伏市场发展及其迅速。为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产化发展的要求，最有效的办法是发展薄膜太阳电池技术。在薄膜光伏材料中，CdTe已成为公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料。20世纪70年代开始，另一种制作薄膜太阳电池的新材料CuInSe2薄膜材料获得迅速发展。11.2材料性质11.2.1CdTe薄膜材料性质1）结构性质CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物，是直接带隙材料，带隙为1.45eV。且其光谱响应与太阳光谱十分吻合。2）光学性质由于CdTe薄膜具有直接带隙结构，所以对波长小于吸收边的光，其光吸收系数极大。3）电学性质CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，其结构与Si、Ge有相似之处，即其晶体主要靠共价键合物结合，但具有一定的离子性。11.2.2CdS薄膜材料性质1）结构性质CdS是非常重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。CdS薄膜具有纤锌矿结构，是直接带隙材料，带隙较宽，为2.42eV。实验证明，由于CdS层吸收的光谱损失不仅和CdS薄膜的厚度有关，还与薄膜形成方式有关。2）光学性质CdS薄膜广泛应用于太阳电池窗口层，并作为n型层与p型材料形成pn结，从而构成太阳电池。3）电学性质一般而言，本征CdS薄膜的串联电阻很高，不利于做窗口层，但当衬底温度在300℃～350℃之间时，将In扩散入CdS中，本征CdS变成n-CdS，电导率可达102S/cm。11.2.2CuInSe2薄膜材料性质1）结构性质CuInSe2是非常重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。具有黄铜矿、闪锌矿两个同素异形的晶体结构。CuInSe2是直接带隙半导体材料，77K时的带隙为1.04eV，300K时为1.02eV，带隙对温度变化不敏感。2）光学性质CuInSe2具有一个0.95eV～1.04eV的允许直接本征吸收限和一个1.27eV的禁带直接吸收限，以及由于DOWRedfiled效应而引起的在低吸收区的附加吸收。3）电学性质CuInSe2材料的电学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）主要取决于材料各元素组分比，以及由于偏离化学计量比而引起的固有缺陷（如空位、填隙原子、替位原子），此外还与非本征掺杂和晶界有关。11.3太阳电池的结构及工作原理11.3.1CdTe/CdS太阳电池CdTe/CdS薄膜太阳电池参数的理论值为：开路电压（VOC）1050mV；短路电流（JSC）30.8mA/cm2；填充因子（FF）83.7；转换效率约27％。下图列出典型CdTe/CdS太阳电池性能。11.3.2CuInSe2太阳电池近20年来，出现了多种以CuInSe2薄膜材料为基础得同质结太阳电池和异结太阳电池主要有：①n-CdS/P-CuInSe2太阳电池②Pin型CdS/CuInSe2太阳电池③（ZnCd）S/CuInSe2太阳电池11.4薄膜材料及太阳电池得制备工艺11.4.1CdTe、CdS薄膜材料及CdS/CdTe太阳电池得制备方法制备CdS、CdTe薄膜方法主要有：CSS；电镀；丝网印刷；CVD（化学气相淀积）；PVD（物理气相淀积）；MOCVD（金属有机气相淀积）；MBE（分子束外延）；ALE（原子层外延）；喷涂；溅射；真空蒸发；电沉积等。CSS方法制备CdTe薄膜的优点是，蒸发材料损失少，结晶方向好，光伏特性优良。11.4.2CdS/CdTe太阳电池制备中的主要影响因素1）CdCl2处理在制作高效CdS/CdTe太阳电池中，CdTe层生长期间用CdCl2或Cl2进行热处理。CdCl2处理改善了太阳电池得性能，提高了器件得输出特性和均匀性。2）背接触制备CdTe太阳电池工艺最难和最弱的部分是稳定的低电阻背接触。形成背接触电极的程序为：①腐蚀或表面制备；②使用含Cu、Hg、Pb或Au的膜；③连续在大于150℃中热处理。11.4.3CuInSe2薄膜生长工艺CuInSe2薄膜生长方法主要有真空蒸发法、Cu-In合金膜的硒化处理法、封闭空间气相输运法、喷涂热解法、射频溅射法等。1）单源真空蒸发法2）双源真空蒸发法3）三源真空蒸发法4）封闭空间气相输运法(CSCVT)5）化学热还原法沉积Cu-In合金膜，进行硒化处理6）电镀法沉积Cu-In合金膜，进行硒化处理7）电沉积叠层结构，进行硒处理8）喷涂热解法和溅射法11.4.4CdS/CuInSe2太阳电池制备中的主要影响因素1）衬底温度对薄膜结构的影响2）热处理对薄膜光学和电学特征的影响11.5薄膜太阳电池的发展现状额前景1）CuInSe2薄膜太阳电池发展现状目前，最好的CuInSe2薄膜太阳电池组件，面积为3832cm2。输出功率达到43.1W，转换效率为11.2％，这一光伏方阵体现了薄膜技术优异性能－－高效率、低成本、高稳定和大面积使用。2）CdTe薄膜太阳电池发展现状CdTe薄膜太阳电池也是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。许多国家的CdTe薄膜太阳电池已经由实验室研究阶段走向规模工业化生产。我国的CdTe薄膜太阳电池仍处于实验室基础应用研究阶段。3）发展前景光伏组件目前虽然以晶体硅太阳电池为主，但由于薄膜太阳电池具有低成本、高效率、适合规模化生产等优点而引起了广泛关注，不断投入大量资金开发新产品，探索新工艺，硒铟铜太阳电池和碲化镉太阳电池是比较成功的薄膜太阳电池。本章完！本章完！