晶界和孔洞對CdTe太陽能電池電流傳導和性能影響的研究

《晶界和孔洞對CdTe太陽能電池電流傳導和性能影響的研究》是依託中國科學院電工研究所，由李輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：晶界和孔洞對CdTe太陽能電池電流傳導和性能影響的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李輝
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

提高低成本多晶薄膜太陽能電池在社會整體能源所占比重需提高其轉化效率，研究晶界和孔洞性質對電流傳導和器件性能的影響有助於提高多晶薄膜太陽能電池的轉化效率。本項目將開展關鍵材料晶界和孔洞性質對低溫磁控濺射CdTe多晶電池器件電流傳導和器件性能影響的研究工作。提出將晶界和孔洞性能與電流傳導和器件性能相結合的新思路，研究磁控濺射CdTe電池器件轉化效率和性能提高的關鍵材料因素，得到提高CdTe電池器件關鍵材料的晶界和孔洞性質；構築電池器件，發展原位技術，集多種表征和測量技術為一體，研究CdTe多晶薄膜晶界和孔洞微觀結構、物理、化學性能與電流傳輸及其物理機制、少子壽命、和電池器件之間的關係；利用不同生長條件、摻雜、Cl處理條件、背接觸材料調控CdTe多晶薄膜晶界和孔洞性質，闡明不同晶界和孔洞性質下電流傳導、少子壽命、電池器件的規律，並通過調控晶界和孔洞性質製備高轉化效率的CdTe電池器件。

結題摘要

多晶薄膜太陽能電池將與單晶矽電池和其它太陽能電池比如有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池形成互補，並在很多性能上更具優勢。比如 CdTe 具有與太陽能光譜非 常匹配的室溫直接帶隙寬度 Eg = 1.5 eV、高光學吸收係數(可見光範圍＞5×105 cm-1)、高穩定性、低功率溫度係數(~-0.21%/℃)、好的弱光特性、無本徵光致衰減效應、環境友好性等優異性能。提高 CdTe多晶薄膜電池的轉化效率是目前的研究重點。限制 CdTe多晶薄膜電池器件轉化效率提高的因素之一，可能就是多晶本身具有的二維缺陷：晶界、晶粒表面、和孔洞，但是還需要進一步的研究。基於目前的研究現狀和關鍵科學問題，本項目提出研究晶界和孔洞對 CdTe電池電流傳導及其物理機制和電池器件性能的影響。本項目從電池關鍵材料晶界和孔洞的調控、物性表征、器件性能和轉化效率三個方面開展實驗研究，著重進行晶界和孔洞性能的調控、CdTe晶界和孔洞性質，電池器件電流傳導，少子壽命等物性的精確測量、 構建 CdTe電池器件轉化效率、性能與晶界、孔洞性質之間的關係的研究。四年來，項目組成員根據項目計畫書的研究內容開展了大量的研究探索工作，圓滿的完成了既定任務。實現了CdTe晶界和孔洞性能的有效調控；完成了CdTe晶界和孔洞性質，電池器件電流傳導，少子壽命等物性的精確測量，確定在CdTe太陽電池中晶界尤其是孿晶晶界有利於光生載流子的分離和傳導；闡明了 CdTe電池器件轉化效率、性能與晶界、孔洞性質之間的關係，證明CdTe太陽電池的轉化效率隨著CdTe多晶薄膜中孿晶晶界密度的增加而增加，通過多晶薄膜製備條件、後退火實驗條件的調控，有效的實現了磁控濺射和脈衝雷射沉積製備CdTe電池中晶界與孔洞的調控，通過增加CdTe中{111} 共格孿晶晶界的密度，分別在磁控濺射和脈衝雷射沉積的CdTe中實現了14.4%和9.68%的轉化效率，效率位於國際領先水平。通過本項目的研究，初步得到限制轉化效率提高的最本質的因素，了解了多晶薄膜太陽能電池晶界和孔洞對器件性能的影響，有助與高效、低成本多晶薄膜太陽電池器件的套用發展。項目啟動以來，共發表學位論文21篇，申請專利8項目，培養副研究員1名，研究生7名。