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CdTe太阳能电池的制备及电子辐照对电池影响的研究
文章编号:
04906756(200401011804
CdTe太阳能电池的制备及电子辐照
对电池影响的研究
夏庚培,郑家贵*,冯良桓,蔡伟,蔡亚平
张静全,黎兵,李卫,武莉莉
(四川大学材料系,成都610064
摘要:
作者将用共蒸发法制备的ZnTe/ZnTeCu复合多晶薄膜作为背接触层,获得了转换效率为13.38%的CdTe多晶太阳能电池.用光强为100mW/cm2的卤钨灯对电池光照7d后,发现性能无明显变化.该电池经能量为1.6MeV,辐照注量为1013
~1015
电子/cm2
的电子束辐照后,其性能有不同程度的下降,但经真空下150退火后,又恢复到接近辐照前的值.关键字:
CdTe太阳能电池;ZnTe/ZnTeCu复合膜;光照;辐照中图分类号:
O484文献标识码:
A
CdTe多晶薄膜太阳能电池具有转换效率高,稳定性好,成本低,适合于大规模生产的优势,发展十分迅速.已有了近空间升华(CSS、电化学沉积、原子层外延(ALE、分子束外延(MBE、喷涂热分解、金属有机化合物气相沉积(MOCVD、真空蒸发、溅射、大气化学气相沉积(APCVD等10多种方法来沉积CdTe多晶薄膜[1,2],电池的转换效率也不断提高[3].
CdTe因自补偿效应不易实现高掺杂,且其功函数(5.5eV比可用作电极的金属功函数高,与电极会形成反向的肖特基势垒,因此,在CdTe吸收层上制备稳定的背欧姆接触,成为CdTe太阳能电池制备中的关键问题,一种可行的方案是在pCdTe和高功函数金属间加入一层重掺杂的ZnTeCu多晶薄膜[4,5].实验表明Cu在ZnTe中的掺杂效应低,只有Cu在ZnTe中的浓度达到一定值时才能明显地改善背接触,然而随着重掺杂层的引入,Cu扩散到CdTe层中,必然影响电池的性能及稳定性.目前,这方面的报道尚不多见.
我们用ZnTe/ZnTeCu复合层作为背接触,获得了面积为0.5cm2,转换效率为13.38%的CdTe多晶薄膜太阳能电池.用光强为100mW/cm2的卤钨灯对电池进行光照实验,并用1.6MeV的高能电子束进行辐照,讨论了电子辐照对电池性能的影响.
2实验
2.1窗口层CdS多晶薄膜的制备
采用化学池沉积方法(CBD在有SnO2F的玻璃上沉积CdS多晶薄膜.具体反应式为
NH3+H2ONH4+
+OH
-
(1Cd
2+
+4NH3Cd(NH32+
4
(2
(NH22
CS+OH-CH2N2+H2O+HS-
(3HS-+OH-S2-+H2O
(4
收稿日期:
20030820;修回日期:
20030929
基金项目:
国家自然科学基金(50076030;国家863重点项目基金(2001AA513010*通讯联系作者
2004年2月第41卷第1期四川大学学报(自然科学版
JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEditionFeb.2004Vol.41No.1
Cd(NH32+4+S
2-CdS+4NH3(5
让Cd2+以络合物[Cd(NH32+4]的形式存在,起到了缓释Cd
2+
的作用;S2-则由硫脲[(NH22CS]分解提供.另外,在反应溶液中加入了缓冲剂(NH4Cl,使成膜溶液的pH值保持在8~9.用此方法在TCO(透明导电膜玻璃上制备了性能优良的CdS多晶薄膜.关于CdS薄膜的制备及其性能祥见文[6,7]的报道.1.2CdTe薄膜的制备及退火
采用近空间升华法进行CdTe薄膜沉积,源和衬底的距离为2~4mm,在沉积室内充氮气,工作气压1~100Pa.使用自制的高纯度碲化镉成型升华源,源温度550~650,衬底温度350~520,CdTe膜厚5~10m.衬底为用化学池沉积法在ITO玻璃上或在载玻片上生长的CdS薄膜.CdTe薄膜在N2保护下用CdCl2进行退火,温度400,时间40min,可得到厚4~8m的CdTe膜.1.3背接触层ZnTeCu的制备
用自行设计的DM400型共蒸发系统制备ZnTeCu薄膜,真空度为10-4Pa.由2
个独立的蒸发源分图1共蒸发装置示意图
1.衬底;2石英监控探头;3蒸发源
别加热ZnTe粉末和Cu粉末,纯度为5个9.用石英容器作为蒸发ZnTe的蒸发器,外面绕上加热钨丝.Cu粉末则用钼舟加热.用2台LH2膜厚监控仪对2个蒸发源各自进行薄膜厚度和沉积速率在线监控,以此来控制掺铜的浓度和膜层的厚度.其实验装置如图1.
制备程序为:
先沉积一层未掺杂的ZnTe,再共蒸法沉积ZnTeCu(掺Cu比为3%~10%,上述两个过程在同一个真空室内进行.之后在氮气中260下退火.1.4光照及测试
采用光强为100mW/cm2
的卤钨灯,光照7d,采
用风冷以避免电池升温,为了使光源的光谱更接近太阳光谱,另外加上一个2.5cm厚的水层滤光.然后分别测量光照前后电池的性能,测量I~V特性时采用氙灯光源,用标准电池校准光强.1.5电子辐照
由四川大学原子核科学技术研究所的JJ2型电子静电加速器,采用能量为1.6MeV的电子束进行辐照,辐照时将几个样品并放在一起,经聚焦的电子束均匀地照射在样品上,辐照累积注量分别为1013cm-2,1014cm-2,1015cm-2.由四川省计量院对辐照前后的样品进行光谱响应测试.并测试了辐照前后样品的I~V曲线.还在四川大学分析测试中心作了辐照后TCO玻璃的透过率测试.辐照后的电池在真空中150下退火30min.
2结果与讨论
2.1ZnTe/ZnTeCu复合层对电池性能的影响
我们用上述方法分别制备了结构为CdS/CdTe/ZnTe/ZnTeCu和CdS/CdTe的太阳能电池.图2是将沉积了CdS和CdTe的同一样品切割成两部分,在一部分上沉积ZnTe/ZnTeCu复合薄膜,而另一部分未沉积,从图2的I~V曲线可以看出,在加入ZnTeCu背接触层后电池的效率显著提高.CdTe和ZnTe的价带不连续值很小(仅0.04eV,引入不掺杂的ZnTe作为pCdTe和ZnTeCu之间的过渡层并调制ZnTe层的厚度,可形成一个几纳米到几十纳米宽的缓变结,从而使CdTe电池的开路电压和填充因子得以提高,并减少了界面态密度.因此,用上述制备方法,能得到面积为0.52cm2的太阳能电池,该电池经信息产业部电子205计量站测定,转换效率为13.38%,其I~V特性如图3.
119第1期夏庚培等:
CdTe太阳能电池的制备及电子辐照对电池影响的研究
图2有无ZnTeCU的太阳能电池的I~V特性图
样品编号:
2k20.3,加入ZnTeCU层;V=788mV,I
=22.69mA/cm2,
FF=66.78%,=11.94%;无ZnTe
CU层:
V=740mV,I=22.4mA/cm2,FF=58.7%,
=9.73%
2.2光照对太阳能电池性能的影响
我们用光强为100mW/cm2的卤钨灯对电池光照7d,其结果如图4由图4可以看出,光照后电池性能无明显变化,表明CdTe多晶薄膜电池有较好的稳定性.
2.3电子辐照对太阳能电池性能的影响
辐照前后的CdTe太阳能电池的光谱响应曲线如图5
图4光照对太阳能电池性能的影响对照图
电池编号:
2k16.51,1.光照前,V=882mV,I
=
18.31mA/cm2,FF=66.78%,=11.94%;无ZnTe
CU层:
V=740mV,I
=22.4mA/cm2,FF=63.
88%,=9.61%;2.光照后,V
=882mV,I=18.
73mA/cm2,FF=60.88%,=9.
37%
图3太阳能电池的I~V特性图
样品编号:
2k25.1-1;Voc=827.5mV,Isc=23.0mA/cm2,FF=70.30%,=13.
38%
图5电子辐照前后CdTe太阳能电池的光谱响
应曲线
1辐照前;2
辐照后
图6不同辐照注量下玻璃衬底的紫外透射谱
1withoutirradiation;2.flueoce1013cm-2;
3.fluencel1014cm-2;
4.fluence1015cm-2
120四川大学学报(自然科学版第41卷
由图5可见,对应于不同的波长,CdTe太阳能电池的光谱响应不同,在可见光部分下降明显,附表为该电池被辐照前后性能参数的对照表由附表可见,Voc(开路电压和FF(填充因子在不同注量下改变较小,而Jsc下降较大.我们还发现,该电池经过高能电子束辐照后,其衬底玻璃变黑.为此,我们测量了不同辐照累积注量下衬底玻璃的紫外光透射谱(如图6.在扣除了变黑玻璃的影响后发现,电池性能有小幅度降低,这是由于高能电子所产生的位移缺陷可形成复合中心,因而降低了对载流子的收集,使Jsc变小.为了进一步研究辐照对太阳能电池性能的影响,我们对太阳能电池和TCO玻璃进行了退火,经过150下30min的退火处理后,该电池的性能基本上恢复到辐照前的水平,其恢复情况见附表.
附表辐照前后电池性能对照表
注量辐照前
辐照后150下退火后Voc(mVJsc
(mA/cm2FF(%
(%Voc(mVJsc
(mA/cm2FF(%
(%Voc(mV
Jsc
(mA/cm2FF(%
(%
101378719.661.569.577015.864.377.879321.261.4710.3101479219.260.49
9.2
77116.1859.937.577120.655.488.81015
803
20.8
63.5410.6
780
16.9
61.698.1
795
20.4
62.4210.1
3结论
采用ZnTe/ZnTeCu复合层作为背接触层,可得到面积为0.5cm2,转换效率为13.38%的CdTe太阳能电池.用光强为100mW/cm2
的卤钨灯对该电池光照7d后,其性能无明显变化,效率仅下降2.5%.用累积注量为1013~1015电子/cm2的电子束对该电池进行辐照处理后,其性能变化较小.
致谢:
唐方元老师进行了辐照实验;材料系杨学文、游关圣、王卫东和王照伦等同学参加了部分工作.参考文献:
[1]张静全,蔡伟,郑家贵,等.CdTe太阳能电池研究进展[J].半导体光电,2000,21(2:
88-92.
[2]BirkmireRW.Recentprogressandcriticalissuesinthinfilmpolycrystallinesolarcellsandmodules[A].In:
IEEE.conf.
Rec.26ThIEEEPVSC[C].Anaheim,CA,Sep.29-Oct,3,1997,Newyork:
USA,IEEE,1997.295-300.[3]WuX,DhereRG,AlbinDS,etal.NCPVProgramReviewMeetingLakewood[J].Colorado,2001.47-48.[4]郑家贵,张静全,蔡伟,等.ZnTeCu薄膜的制备及其性能[J].半导体学报,2001,22(2:
171-175.[5]ZhangJingquan,FengLianghuan,CaiWei,etal.TheStructuralPhaseTransitionandMechanismofAbnormalTempera
tureDependenceofConductivityinZnTeCuPolycrystallineThinFilms[J].ThinSolidFilms,2002,414(1:
113-118.[6]黎兵,蔡亚平,朱居木,等.CdS多晶薄膜的制备及其性能的研究[J].四川大学学报(自然科学版,1999,36(3:
497-500.[7]黄小融,郑家贵,蔡伟,等.CdS多晶薄膜的电学性质[J].半导体光电,1998,19(6:
404-407.
StudyofthePreparationofCdTeSolarEnergyCellandtheEffect
ofElectronIrradiationonit
XIAGengpei,ZHENGJiagui,FENGLianghuan,CAIWei,CAIYapin,ZHANGJingquan,LIBing,LIWei,WULili
(DepartmentofMaterrialScience,SichuanUniversity,Chengdu610064,China
Abstract:
ThepolycrystallineZnTe/ZnTeCucompoundfilmspreparedbycoevaporationtechniquehavebeenusedasbackcontactlayerofCdTesolarenergycellandatypicalsolarenergycellwithanefficiencyof13.38%hasbeenfabricated.TheperformanceoftheCdTesolarenergycellshasnoobviouschangeunderlightilluminationwithhalogenlamp(100mW/cm2for7d.ThedegradationoftheCdTesolarenergycellhasbeenobservedAfteritwasexposedtoanelectronbeamwithenergyof1.6MeVandfluenceof1013
cm-2
to10
15
cm-2.However,theperformanceoftheCdTesolarenergycellrecoveredafterannealedat150.Keywords:
CdTesolarenergycell;ZnTe/ZnTeCucompoundfilms;illumination;irradiation
121
第1期夏庚培等:
CdTe太阳能电池的制备及电子辐照对电池影响的研究
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