CdTE碲化镉薄膜太阳能电池PPT课件
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《薄膜太阳电池》课件
在光照下，光子被吸收 并传递给电子，电子和 空穴分别向导带和价带 跃迁，形成光生电流。 随后，电子和空穴分别 被传输到金属电极并收 集起来，形成输出电流 。
薄膜太阳电池的结构和 工作流程决定了其能量 转换效率、开路电压和 短路电流等性能参数。
03 薄膜太阳电池的 材料
硅基薄膜太阳电池
总结词
高效稳定，技术成熟
THANKS
感谢观看
随着移动设备的普及和能源需求的增长，移动能源系 统的发展前景广阔。
未来发展前景与挑战
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，薄膜太阳电池的发展前景广阔。
未来，薄膜太阳电池将更加注重提高光电转换效率、降低成本、优化组件制造工艺等方面的 发展。
同时，薄膜太阳电池也面临着市场竞争力、政策支持、并网技术等方面的挑战，需要不断加 强技术创新和市场推广。
在薄膜太阳电池中，光子首先被 吸收并传递给电子，电子从价带
跃迁到导带，形成光生电流。
光电效应是薄膜太阳电池的基本 工作原理之一，它决定了电池的
能量转换效率。
光伏效应
光伏效应是指光生电压或电流的现象 ，即当光照射在半导体材料上时，半 导体的导电性能发生变化，产生电压 或电流。
光伏效应是薄膜太阳电池的基本工作 原理之一，它决定了电池的开路电压 。
真空沉积技术包括真空蒸镀、 电子束蒸镀和离子束溅射等。
真空沉积技术具有较高的沉积 速率和较好的大面积成膜质量 ，适用于制备高性能的薄膜太 阳电池。
化学气相沉积技术
化学气相沉积技术是通过化学反应将气态物质转化为固态薄膜的一种技术。
化学气相沉积技术包括常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和金属有机 化学气相沉积等。
《薄膜太阳电池》PPT课件
薄膜太阳能电池知识培训课件(PPT38页)
P层采用Si C异质结 ，Si C异质结的禁带 宽度很大，通过窗口作用提高透光率，使 到达I层的可用光子增多，同时提高了开路 电压 。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
太阳能电池参数
I = Is[exp(qV/kT)-1]-IL • 开路情况：I=0 得 （与内建电场对应）
Voc
kT q
ln( IL Is
1)
• 短路情况：短路电流等于光生电流 ISC=IL
原子能带
原子能级
允带
禁带 允带
禁带
晶体能带的形成
允带
费米能级
• 假设把体系内所有电子按能量由低到高逐个占据能 带中各个能级，则最后一个电子占据的那个能级即 为费米能级。
• 物理意义：电子占据的概率为1/2的能级称为费米能 级。只要知道了它的数值，在一定温度下，电子在 各量子态上的统计分布就完全确定了。
• 绝缘体材料的导带是空的，没有自由 电子，而且禁带的宽度很宽，价带的 电子不可能穿过禁带跃迁到导带上， 导带中始终没有自由电子，条件下，价带的电子可以跃迁 到导带上，在价带中留下空穴，电子 和空穴同时导电。
• 因此，半导体材料的禁带宽度是一个 决定电学和光学性能的重要参数。
薄膜太阳能电池分类
砷化镓薄膜太阳电池
在化合物半导体中，研究最多的是III-V族 的GaAs太阳能电池。由于其带隙比Si大 ，具有与太阳光光谱相当一致的光谱特 性，因而从光谱响应角度来说，更适合 做太阳能电池，目前，在所有太阳能电 池中，GaAs太阳能电池的转换效率最高 。
砷化镓薄膜太阳电池
在制备GaAs太阳电池时，一 般在N型GaAs衬底上首先生长 0.5um左右的N型GaAs缓冲层 ，再生长N型AlGaAs作为背电 场，在此基础上生长N型GaAs 作为基底层，然后生长0.5um 左右的P型GaAs作为发射层， 再利用一层P型AlGaAs薄膜作 为窗口层，便组成了单结 GaAs薄膜太阳电池。
碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池及其光学检测(下)
以用来做更深一步的分析 ，从而 了解材料 的其他 性质。 １ 图 中的复介电常数 曲线都是在原位椭偏学
测 量 中得 到 的 。 以看 到 ， ｌａ和 （） 可 图 （） ｂ中两 种 材料
的临界点 的尖锐程度 ， 或峰 的宽度都有明显区别 ， 这反映 出材料 内缺陷密度 的区别。 理论上 ， 临界点 附近 的价带顶 电子吸收能量等于导 带 一价带能量
踪薄膜表面层的化学成分。例如 ，在碲化镉 电池
中 ， 化 镉 层 的厚 度远 小 于碲 化 镉 层 ， 硫 它们 的 界 面
— — —
长顺序相反 ，即在碲化镉层上生长硫化镉（ 衬底朝 下型电池 ， 参见图５ 的下半部分） 碲原子也会扩散 ，
— 一
ＳＯＬ ＡＲ ＮＥＲＧＹ ９ ２ １ Ｅ １ ／０ １
Байду номын сангаас
糙层厚度随氩气压强增加而单调减少。 有趣 的是 ，
用这套沉积 系统制作高效碲化镉 电池的最佳氩气
压强正是在表面粗糙层厚度发生变化的交界压强 １ｍ ｏｒ ４ Ｔ ｒ附近（０ ８ Ｔ ｒ 。这其中内在的联 系 １ ～１ｍ ｏｒ ）
目前 还 不 太清 楚 。图 ４中体层 厚 度 ５ ｎ ０ ｍ左 右 曲线
及其 光 学检测 （ ） 下
密根茎旱程计机学 …剑 歇大呈工与譬科系 李 学子 萋 电 算 ・ 雩
密歇根大
图４ 化镉薄膜的 生长 条件除了氩气压强在 碲
２５ ０ ｏ 范围内变化外 ，其他沉积条件都保 ．～５ｍＴ ｒ ｒ
持一样 。从图中可 以看到 ： １ 所有薄膜在沉积初 （） 期（ 层 １ ｎ 体 ～２ ｍ厚） 都有相对较厚 的表面粗糙层 。 这时沉积下来的碲化镉容易聚成 “ 状而不是平 岛” 铺成层状 ， 岛”的高度随氩气压强增加而单调增 “ 加 ；２ 体层厚度 ２ ０ ｍ之 间，上述分离 的岛状 （ ） ～１ｎ 沉积体扩大后相互接触 ， 底部变成了连贯的体层 ，
CdTE碲化镉薄膜太阳能电池PPT课件
和污染，会影响环境。
4 4
04. 前景展望
前景
➢碲化镉薄膜太阳能电池正日益受到国内外的关注。
➢全球最大的碲化镉太阳能电池制造商——美国 First Solar公司正加速扩大产能，该公司正在德国建设 年产量100MW的工厂，该工厂得到欧盟4000万欧元的 投资。
➢同时，First Solar还计划在美国本土和亚洲分別建设 一 个100MW的工厂。
➢
2 4
02. 研究进展
研究进展
历史
1.第一个 Cd Te 太阳能电池是由 RCA 实验室在 Cd Te单 晶上镀上 In 的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。
2.1963年第一个异质结CdTe薄膜电池诞生， 效率达到7%，但还存在稳定性的问题。
3.1982 年，Kodak 实验室理由化学沉积法在 P 型的 Cd Te 上制备一层超模的 Cd S，制备了效率超过 10%的异 质结 p-Cd Te/n-Cd S 薄膜太阳能电池[2]这是现阶段 Cd Te 薄膜太阳能电池的原型。
[3]白治中. 高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究[D].中国科学技术大学,2012.
[4]肖友鹏. CdTe薄膜太阳能电池结构分析[J]. 科技创新与应用,2014,(25):177.
[5]孔继川,缪娟. 薄膜太阳能电池研究进展[J]. 化工时刊,2008,(07):60-64.
材料特点
CdTe太阳电池的高效结构
superstrate结构是在玻璃衬底上依次长上透明氧化层（TCO）、CdS、 CdTe薄膜，而太阳光是由玻璃衬底上方照射进入，先透过TCO层，再 进入CdS/CdTe结。而在substrate结构，是先在适当的衬底上长上 CdTe薄膜，再接着长CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。
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04. 前景展望
前景
➢碲化镉薄膜太阳能电池正日益受到国内外的关注。
➢全球最大的碲化镉太阳能电池制造商——美国 First Solar公司正加速扩大产能，该公司正在德国建设 年产量100MW的工厂，该工厂得到欧盟4000万欧元的 投资。
➢同时，First Solar还计划在美国本土和亚洲分別建设 一 个100MW的工厂。
➢
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02. 研究进展
研究进展
历史
1.第一个 Cd Te 太阳能电池是由 RCA 实验室在 Cd Te单 晶上镀上 In 的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。
2.1963年第一个异质结CdTe薄膜电池诞生， 效率达到7%，但还存在稳定性的问题。
3.1982 年，Kodak 实验室理由化学沉积法在 P 型的 Cd Te 上制备一层超模的 Cd S，制备了效率超过 10%的异 质结 p-Cd Te/n-Cd S 薄膜太阳能电池[2]这是现阶段 Cd Te 薄膜太阳能电池的原型。
[3]白治中. 高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究[D].中国科学技术大学,2012.
[4]肖友鹏. CdTe薄膜太阳能电池结构分析[J]. 科技创新与应用,2014,(25):177.
[5]孔继川,缪娟. 薄膜太阳能电池研究进展[J]. 化工时刊,2008,(07):60-64.
材料特点
CdTe太阳电池的高效结构
superstrate结构是在玻璃衬底上依次长上透明氧化层（TCO）、CdS、 CdTe薄膜，而太阳光是由玻璃衬底上方照射进入，先透过TCO层，再 进入CdS/CdTe结。而在substrate结构，是先在适当的衬底上长上 CdTe薄膜，再接着长CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。
《薄膜太阳能电池》幻灯片
地熱
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
CdTe Film Deposition
Rooftop CdTe薄膜太陽電池“Cadmium TellurideThin-film Solar Cell”
SAGFirst Solar ----CdTe Rooftop
• CIGS非真空製程技術雖具有降低成本以及提高材料使用率的 優點，但各方式都具有難以克服的關鍵問題皆仍待解決。如 CIGS晶粒成長…等。結
瓶頸
CIGS薄膜太陽能電池雖具有高效率、低本钱、大面積與可撓性等 潛力優勢，但還有許多需要抑制的問題接踵而來： 製程複雜、技術選擇百家爭鳴，且供應練相當分歧，各站並無制 式化設備放大製程之均質性不佳，良率變化大
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶矽薄膜太陽電池製造流程
非晶矽薄膜太陽電池製造流程( 玻璃基材)
非晶矽薄膜太陽電池製造流程 (玻璃基材)
Thin film Si:H challenges
➢Increasing deposition rate (from 0.1 nm/s to 10 nm/s!), including compatible doped layers ➢Enhance the Isc (absorption, light trapping) ➢Improving stabilized device performance ➢Understanding fundamental physics: low Voc, shunt behavior, light-induced defect creation
GaAs Multijuction(多接面砷化 鎵)
碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池及其光学检测(中)
此 外还 有 溅 射 法 。ＣＳ 和 ＶＴ Ｓ Ｄ的优 点 是 生长
背 电极 层 。
阳光 需 要 透 过玻 璃 和 硫 化 镉 才能 进 入 碲 化 镉
率高 ， 对真 空 的 要 求很 低 ， 因此 适 合工 业 界 大 量 应 用 。 比之 下 ， 射 法 由于 对 真 空 要求 高 和 生 长 率 相 溅 低 而 仅用 于 科 研 。溅 射 法 的优 点 是 衬 底温 度 低 （ 约
在 样 品 表面 ， 可 通 过类 似 Ｃ Ｓ 方法 从 样 品附 近 也 Ｓ的
的源 中蒸发出来。样品本身需要加热到约 ４ ０ 。 ０￣ Ｃ
处 理 时 间随 碲化 镉 的厚 度 变化 而变 化 ，２ ｍ 厚 的 碲 化 镉 层 约 需要 ３ ｍｉ处 理 。 ０ ｎ 氯化 处 理 对 于 改善 材
２ ０ ， 低于 Ｃ Ｓ ＶＴ ５ ℃） 远 Ｓ和 Ｄ要 求 的 ６ ０ ０ Ｃ左 右 ， 而
吸 收 层 。某 些 高效 电池 在 这 一基 本 结 构 基 础 上加 以 改进 ， 如在 硫 化 镉 层 中加 入 氧 以提 高 禁 带 宽 度 ，
进而扩展紫外透光率；在 Ｔ Ｏ和硫化镉层之 间加 Ｃ 入高 电阻的锌锡氧化物层 ，以减少硫化镉层厚度
积 法 （Ｂ 。 Ｃ Ｃ Ｄ） Ｔ Ｏ层 使用 较 多 的 是溅 射 法 。 属 电 金 极 层 的 沉积 方 法 主 要 包括 热 蒸 镀法 和 溅 射 法 。 图２ 为 衬 底 向上 型 碲 化 镉 电池 的 典 型工 艺 流 程 图 。
阳光 穿 过 Ｔ ０和 硫 化 镉 后进 入 碲 化 镉吸 收 层 。衬 Ｃ 底 朝 下 型 电池 的 主要 优 点 是 便 于 制作 在 可 弯 折 的
并 克服 短 路 等 ［ 衬 底 朝 下 型 电池 的 生 长过 程 ， ９ Ｊ 。 首 先 是 把 碲 化 镉 沉 积在 镀 金 属 薄 膜 的衬 底 上 或 直 接
背 电极 层 。
阳光 需 要 透 过玻 璃 和 硫 化 镉 才能 进 入 碲 化 镉
率高 ， 对真 空 的 要 求很 低 ， 因此 适 合工 业 界 大 量 应 用 。 比之 下 ， 射 法 由于 对 真 空 要求 高 和 生 长 率 相 溅 低 而 仅用 于 科 研 。溅 射 法 的优 点 是 衬 底温 度 低 （ 约
在 样 品 表面 ， 可 通 过类 似 Ｃ Ｓ 方法 从 样 品附 近 也 Ｓ的
的源 中蒸发出来。样品本身需要加热到约 ４ ０ 。 ０￣ Ｃ
处 理 时 间随 碲化 镉 的厚 度 变化 而变 化 ，２ ｍ 厚 的 碲 化 镉 层 约 需要 ３ ｍｉ处 理 。 ０ ｎ 氯化 处 理 对 于 改善 材
２ ０ ， 低于 Ｃ Ｓ ＶＴ ５ ℃） 远 Ｓ和 Ｄ要 求 的 ６ ０ ０ Ｃ左 右 ， 而
吸 收 层 。某 些 高效 电池 在 这 一基 本 结 构 基 础 上加 以 改进 ， 如在 硫 化 镉 层 中加 入 氧 以提 高 禁 带 宽 度 ，
进而扩展紫外透光率；在 Ｔ Ｏ和硫化镉层之 间加 Ｃ 入高 电阻的锌锡氧化物层 ，以减少硫化镉层厚度
积 法 （Ｂ 。 Ｃ Ｃ Ｄ） Ｔ Ｏ层 使用 较 多 的 是溅 射 法 。 属 电 金 极 层 的 沉积 方 法 主 要 包括 热 蒸 镀法 和 溅 射 法 。 图２ 为 衬 底 向上 型 碲 化 镉 电池 的 典 型工 艺 流 程 图 。
阳光 穿 过 Ｔ ０和 硫 化 镉 后进 入 碲 化 镉吸 收 层 。衬 Ｃ 底 朝 下 型 电池 的 主要 优 点 是 便 于 制作 在 可 弯 折 的
并 克服 短 路 等 ［ 衬 底 朝 下 型 电池 的 生 长过 程 ， ９ Ｊ 。 首 先 是 把 碲 化 镉 沉 积在 镀 金 属 薄 膜 的衬 底 上 或 直 接
CdTe薄膜太阳能电池(课堂PPT)
2 、TiO2 buffer layer helps to solve the short-circuiting problems caused by thin CdS. The addition of a compact TiO2 layer was also found to significantly i
16
1、TiO2 in solar cells helps in improving efficiency by stopping holes from going to TCO front contact . 2、TiO2 window layer helps in the separation of charge carriers and reduces the recombination rate.
20
CdTe太阳能电池发展前景
◆ CdTe薄膜太阳能电池具有成本低，工艺制备简单，其吸收层与光谱最一致的优点， 是未来太阳能电池发展的方向
◆ First Solar公司是全球最大的CdTe太阳能电池生产商，该致力于CdTe太阳能电池 研究十余年，至2016年，该公司总装机量达6GW,预计2016年年装机量达2GW， 占到全球太阳能电池装机量的3%。一个中型的水电站的年发电量是100MW， 该公司一年的装机量等于建20个中型水电站。
一般在不超过500nm
12
CdTe吸收层
1、CdTe能隙值为1.45eV,位于理想的太阳能电池的能隙之 间，且具有很高的吸光系数，是非常理想的光伏材料
2、CdTe层的厚度一般在2-8μm.
13
背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，是金属电 极与CdTe形成欧姆接触
14
16
1、TiO2 in solar cells helps in improving efficiency by stopping holes from going to TCO front contact . 2、TiO2 window layer helps in the separation of charge carriers and reduces the recombination rate.
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CdTe太阳能电池发展前景
◆ CdTe薄膜太阳能电池具有成本低，工艺制备简单，其吸收层与光谱最一致的优点， 是未来太阳能电池发展的方向
◆ First Solar公司是全球最大的CdTe太阳能电池生产商，该致力于CdTe太阳能电池 研究十余年，至2016年，该公司总装机量达6GW,预计2016年年装机量达2GW， 占到全球太阳能电池装机量的3%。一个中型的水电站的年发电量是100MW， 该公司一年的装机量等于建20个中型水电站。
一般在不超过500nm
12
CdTe吸收层
1、CdTe能隙值为1.45eV,位于理想的太阳能电池的能隙之 间，且具有很高的吸光系数，是非常理想的光伏材料
2、CdTe层的厚度一般在2-8μm.
13
背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，是金属电 极与CdTe形成欧姆接触
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碲化镉薄膜太阳电池
激光刻蚀 半 导体薄膜
封装测试
激光刻蚀 背电极
沉积金属 背电极
后处理
沉积背 接触层
点击添加标题
点击添加标题
点击添加标题
若是由电池技术来分析，硅晶型（含单晶、多晶及锻状硅晶）仍然占有近83%之强， 其中多晶仍是市场的主流；薄膜技术产品在First Solar的独自努力下，也将整体产量 冲至近17%，其中CdTe更是拥有9%的市占新高，而近年较为热门的CIGS技术也有 很大的突破，由2008年的1%提升到1.7%的市占（
碲化镉薄膜太阳电池
碲化镉（Cadmium Telluride，CdTe）是属于ⅡⅥ族的化合物半导体，具有直接能带结构，其禁 带宽度为1.45eV，正好位于理想太阳电池的能隙 范围之间。此外，CdTe也具有很高的光吸收系数 5 105 / cm），仅仅2 m 厚的CdTe薄膜， （> 就足够吸收AM1.5条件下99％的太阳光。CdTe薄 膜太阳电池光电转换理论效率在29％左右，是一 种高效、稳定且相对低成本的薄膜太阳电池材料。
接触
晶界
CdTe 孔洞
CdS 高阻氧化物 TCO 玻璃superstrate 光
玻璃衬底
在玻璃衬底的选用上，使用耐高温（～600℃）的硼 硅玻璃作为衬底，光电转换效率可达16％，而使用不耐高 温但成本较低的钠钙玻璃做衬底也可达到12％的转换效率。 一般玻璃衬底的厚度约在2-4mm左右，它除了用来保 护太阳电池的活性层，使其不受外在环境的侵蚀外，也提 供了整个太阳电池的机械强度。在玻璃衬底的外层，有时 也会镀上一层抗反射膜来增加光线的吸收。
网孔间距 网线直径
感光乳胶 金属筛网 框架
硅片
丝网印刷法算是生产CdTe及CdS薄膜最简单的方法，它是将含 有Cd、Te、CdCl2及含有有机结合剂的金属膏，通过一印刷板而印 制到衬底上，再经过干燥过程去除有机溶剂后，接着加温到700℃ 左右做烧结反应，最后得到约10 20 m 的再结晶化的CdTe薄膜。
薄膜太阳能电池课件
• 薄膜太阳能电池中硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、砷化镓（GsAs）薄膜电池、 铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池属于第二代太阳能电池，起步较早，且技术已经达到较高的成 熟度，不仅在实验室取得丰硕的研究成果，而且已投入使用并占一定的市场份额。
PPT学习交流
5
PPT学习交流
6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
PPT学习交流
7
吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
PPT学习交流
CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
PPT学习交流
5
PPT学习交流
6
铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池包括铜铟硒 （CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、铜铟镓硒硫（CIGSS） 系列。
由6层薄膜构成，从下到上依次是： 0.5-1.5μm厚的金属钼(Mo)背电极层， 1.5-2μm的CIGS吸收层， 50nm的硫化锌(ZnS)缓冲层， 50nm的本征氧化锌(ZnO)层， 0.5-1.5μm的ZnO:Al(TCO)透明电极 0.1μm的氟化镁(MgF2)薄膜减反层。
CIGS太阳能电池结构示意图
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吸收层CIGS（CuInGaSe2）是薄膜电池的 核心吸光材料，属于正方晶系黄铜矿结 构，为p型半导体，光生载流子主要在这 里生成。 通过掺杂适量Ga到CuInSe，以Ga代替部 分同族In的位置，如果调整Ga的成分比 例，即可形成梯度带隙半导体（而CIS为 直接带隙半导体），产生背表面场， 则获得更多的输出电流，从而大大提高 其性能。 ZnS为n型半导体，与CIGS形成p-n结构。
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CIGS黄铜矿和ZnS闪锌矿的结构 8
CIGS薄膜太阳能电池的基本工作原理
• 以CIGS薄膜作为P型区，以ZnS、i-ZnO、TCO薄膜共同构成n型区。 • 形成的机理主要是P区和n区多子的相互扩散，最终达到动态平衡形成内建场。E是内建场，使得产生
的空穴-电子对分离的动力。 • 内建场使得P型区的费米能级上移，n型区的费米能级下移，形成p-n结统一的准费米能级。当能量大
碲化镉薄膜太阳能电池工作原理
碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池的工作原理基于光伏效应，也就是将太阳光直接转化为电能的过程。
其基本结构包括以下几层：
1. 玻璃衬底：作为电池的机械支撑和保护基板，并允许光线透过。
2. 透明导电氧化层（TCO层）：如掺氟氧化锡（FTO）或掺铝氧化锌（AZO），该层具有高透光率和良好的导电性能，用于收集由光电效应产生的电子，并将其传输到外部电路。
3. 窗口层（n-CdS层）：通常采用硫化镉（CdS）薄膜作为n 型半导体材料，它与CdTe形成p-n结界面，有利于吸收更短波长的光子并产生电子-空穴对。
4. CdTe吸收层：作为p型半导体，碲化镉薄膜是电池的主要吸光和光电转换区域，它吸收太阳光中的可见光部分并激发电子从价带跃迁至导带，从而产生电子-空穴对。
5. 背电极接触层：位于CdTe层背面，通常是金属材料（如钼Mo或铝Al），与CdTe之间有良好的欧姆接触，用于收集和传导由CdTe层中产生的空穴至外部电路。
当太阳光照射在CdTe薄膜太阳能电池上时，光子能量被吸收并在CdS/CdTe异质结界面处产生电子-空穴对。
在内建电场的作用下，电子和空穴分别向各自相反的方向迁移，即电子穿过CdTe层到达正面TCO层，空穴则通过背电极离开电池。
这样，在外电路中就形成了电流，实现了光电转换过程。
CdTe薄膜太阳能电池ppt课件
精品ppt
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1、TiO2 in solar cells helps in improving efficiency by stopping holes from going to TCO front contact . 2、TiO2 window layer helps in the separation of charge carriers and reduces the recombination rate.
Solution
In order to alleviate this problem , a layer of TiO2 was inserted between the FTO and CdS as a buffer layer.
精品ppt
15
Materials and methods
1、Substrate cleaning (the soda-lime glasses coated with 600nm FTO) 2、TiO2 was deposited using DC magnetron sputtering 3、 CdS chemical bath deposition 4、CdTe electrochemical deposition 5、CdCl2 treatment （the wafe in CdCl2 methanol solution at 60℃ for 20 min) 6、50nm Au dots were deposited by thermal evaporation as back contact .
精品ppt
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CdTe太阳能电池发展前景
◆ CdTe薄膜太阳能电池具有成本低，工艺制备简单，其吸收层与光谱最一致的优点， 是未来太阳能电池发展的方向
相关主题
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制作工艺 工艺流程 近空间升华法 CdCl2处理 背接触层
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02. 研究进展
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研究进展
历史
1.第一个 Cd Te 太阳能电池是由 RCA 实验室在 Cd Te单 晶上镀上 In 的合金制得的，其光电转换效率为2.1%。
2.1963年第一个异质结CdTe薄膜电池诞生， 效率达到7%，但还存在稳定性的问题。
CdTe吸收层
电池的主体吸光层，它与n型的CdS窗口层形成的p-n结是整个电池最核心的部分。 多晶CdTe薄膜具有制备太阳能电池的理想的禁带宽度和高的光吸收率。
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各结构功能 背接触层和背电极
降低CdTe和金属电极的接触势垒，引出电流，使金属电极与CdTe形成欧姆接触。
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CdTe薄膜太阳能电池能带图
➢全球最大的碲化镉太阳能电池制造商——美国 First Solar公司正加速扩大产能，该公司正在德国建设年 产量100MW的工厂，该工厂得到欧盟4000万欧元的投 资。
➢同时，First Solar还计划在美国本土和亚洲分別建设一 个100MW的工厂。
➢鉴于碲化镉薄膜太阳能电池的发展前景，日本计划再 启动碲化镉薄膜太阳能电池的工业化生产技术研究，意 大利电池
原理及结构
研究进展
优势与缺陷
发展进程
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01. 原理及结构
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太阳能光电池原理
p-n 结中由于多数载流子的扩散形成空间电 荷区，同时形成内建电场，导致多数载流子 反向飘移。当这一过程达到平衡，扩散电流 和飘移电流相等。当有光照射 p-n 结（且光 子能量大于p-n 结的禁带宽度），吸收层的 电子跃迁到导带，同时在价带中产生空穴。 p-n 结附近会产生电子-空穴对。产生的非平 衡载流子由于内建电场作用将向空间电荷区 两端漂移从而产生光生电势。将 p-n 结与外 电路导通，电路中会出现电流。
[3]白治中. 高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究[D].中国科学技术大学,2012.
[4]肖友鹏. CdTe薄膜太阳能电池结构分析[J]. 科技创新与应用,2014,(25):177.
[5]孔继川,缪娟. 薄膜太阳能电池研究进展[J]. 化工时刊,2008,(07):60-64.
四川大学制备出效率为13.38%的小面积电池， 54cm^2集成组件效率达到7% 四川大学正在进行0.1m^2组件生产线的建 设和大面积电池生产技术的研发。
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03. 优势与缺陷
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优势
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太阳能组件与其他能源的镉排放量比较图
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缺陷
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04. 前景展望
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前景
➢碲化镉薄膜太阳能电池正日益受到国内外的关注。
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材料特点
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CdTe太阳电池的高效结构
superstrate结构是在玻璃衬底上依次长上透明氧化层（TCO）、CdS、
CdTe薄膜，而太阳光是由玻璃衬底上方照射进入，先透过TCO层，再
进入CdS/CdTe结。而在substrate结构，是先在适当的衬底上长上
CdTe薄膜，再接着长CdS及TCO薄膜。其中以superstrate的效率最高。
3.1982 年，Kodak 实验室理由化学沉积法在 P 型的 Cd Te 上制备一层超模的 Cd S，制备了效率超过 10%的异 质结 p-Cd Te/n-Cd S 薄膜太阳能电池[2]这是现阶段 Cd Te 薄膜太阳能电池的原型。
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研究进展
现状
小面积电池的转换效率已经达到了16.5%
商业组件的转换效率约10%
CdTE薄膜太阳能电池
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太阳能电池原理及分类
太阳能电池是将光能直接转化成电能的 半导体功能器件。太阳能电池发电的原 理是基于光伏效应(photovoltaic effect)， 即由太阳光子与半导体相互作用而产生 电势从而输出电流对外做功。 太阳能电池按照吸光层材料来分，可以 分为硅太阳能电池、化合物太阳能电池 和有机太阳能电池等。
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结构
背电极背接触层：降低CdTe与金 属电极接触势垒 CdTe接触层：p型半导体 CdS窗口层：n型半导体 TCO层：透明导电氧化层
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各结构功能
玻璃衬底
主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。
TCO层
透明导电氧化层。它主要的作用是透光和导电的作用。用于 Cd Te/Cd S 薄膜太阳 能电池的 TCO 必须具备下列的特性：在波长400~860nm 的可见光的透过率超过 85%；低的电阻率，大约 2×10-4Ωcm 数量级；在后续高温沉积其他层时候的良好 的热稳定性。
➢国内四川大学的碲化镉薄膜太阳能电池工业化生产技 术研究进展顺利，将推动我国碲化镉薄膜太阳能电池的 规模生产。
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参考文献
[1]侯泽荣. 碲化镉薄膜太阳能电池相关材料的制备与表征[D].中国科学技术大学,2010 . [2]詹红. CdS/CdTe薄膜太阳能电池相关材料及性能研究[D].苏州科技学院,2014.
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各结构功能
CdS窗口层
n 型半导体，与 p 型 Cd Te 组成 p-n 结。Cd S 的吸收边大约是 521nm，可见几乎 所有的可见光都可以透过。因此 Cd S 薄膜常用于薄膜太阳能电池中的窗口层。Cd S 可以由多种方法制备，如化学水浴沉积(Chemical Bath Deposition)、近空间升华 法(Close Spaced Sublimation)和蒸发(Evaporation)等。
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THANKS
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