高轉換效率CdTe薄膜太陽電池關鍵科學問題及電池製備

《高轉換效率CdTe薄膜太陽電池關鍵科學問題及電池製備》是依託中國科學技術大學，由王德亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高轉換效率CdTe薄膜太陽電池關鍵科學問題及電池製備
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王德亮
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

CdTe薄膜太陽電池，是非常有前景的第二代太陽電池，其產業化正在迅速展開。申請人在獲得13.2%電池轉換效率基礎上，為了趕超16.5%的世界最高轉換效率，針對該電池存在的關鍵科學問題，提出如下研究方案：（1）CdTe薄膜晶體製備的調控研究。採用熱絲輔助的近空間升華，改變生長氣氛中的Cd/Te元素比，利用非平衡生長條件，調控CdTe晶體內部點缺陷種類和濃度；研究非平衡生長條件對CdTe晶體缺陷的調控，以及對電池性能參數的提高；（2）CdS熱穩定性研究。在CdS和CdTe中插入納米級厚度的氧化物薄膜，通過與 CdS相互擴散，形成含氧的CdS:O微晶，提高CdS的熱穩定性；減少它與CdTe的過渡反應和由此引起的與前電極的直接接觸；（3）低阻背電極形成及電池穩定性研究。利用WO3/金屬組合薄膜作為背電極，避開Cu在背電極中的使用，利用WO3的高功函式特性，減小肖特基勢壘。

結題摘要

本基金面上項目【高轉換效率CdTe薄膜太陽電池關鍵科學問題及電池製備】，在四年的執行期間，按照基金申請的研究思路和計畫，主要進行了以下研究。 （ 1）高轉換效率CdTe薄膜太陽電池的製備研究。通過改進設備和電池薄膜的製備工藝，獲得了高質量的CdS和CdTe半導體薄膜。CdS薄膜只有一層單晶粒緊密排列組成，大大提高了光透過率；改進了CdS/CdTe二極體的器件質量。通過調節CdTe薄膜的生長氣氛，獲得了CdTe晶粒貫穿薄膜厚度的CdTe多晶薄膜。研究表明，這種薄膜的生長得益於薄膜生長表面形成的一層液態混合物，促進了相關物質的輸運，形成了類似氣相-液相-固相的薄膜生長機制。我們獲得了AM1.5標準光照條件下轉換效率為15.2%的CdTe薄膜太陽電池，電池面積為0.4×0.4 cm2；該CdTe薄膜太陽電池的轉換效率目前在國內屬於領先水平。（2）為了製備低能壘的背電極結構，我們嘗試了多種高功函式的過度金屬氧化物，作為CdTe半導體薄膜和金屬電極之間的接觸緩衝層。系統研究了MoO3、V2O5、NiO和CuO等氧化物和CdTe的能帶匹配，以及這些氧化物和CdTe界面處的缺陷能級分布。製備了不同厚度緩衝層的系列CdTe太陽電池，並製備了不同背接觸結構的電池。這些系列的電池器件對比研究結果顯示，使用氧化物作為緩衝層的CdTe電池器件，在保持高轉換效率的同時，大大提高了電池器件的穩定性。這對CdTe薄膜太陽電池的商業化長期套用，是至關重要的。（3）研究了CdTe太陽電池在強光和弱光下的器件性能。通過實驗數據和理論分析，確定了強光和弱光下限制CdTe電池轉換效率提升的因素。這些結論，對CdTe電池的實際套用和轉換效率的進一步提高，具有很高的參考價值。 本項目實施期間，我們共發表了標註有本基金的論文13篇，其中SCI收錄論文12篇，國核心心期刊1篇（【物理】雜誌），其中高影響因子論文（中國文獻情報研究所劃分為一區和二區的學術刊物）7篇，處於審稿階段的論文6篇。本項目執行期間，針對高轉換效率CdTe薄膜太陽電池涉及的關鍵材料和器件問題，我們提交了6個國家發明/新型專利，已經授權3個專利。