劉丹

摘要：近年來，隨著人們危機(jī)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，能源問題開始引起大家的關(guān)注，加之煤炭、石油等不可再生能源的減少，各個(gè)國家開始不斷推進(jìn)對可再生能源的研究，其中太陽能以其應(yīng)用范圍廣、數(shù)量多等優(yōu)勢備受人們關(guān)注。在國際光伏市場迅猛發(fā)展的推動(dòng)下，各國電池制造業(yè)也開始投入巨資以加大對太陽能電池研究開發(fā)，從而致使世界太陽能電池的產(chǎn)量不斷增加。調(diào)查表明，在2016年，世界光伏新增裝機(jī)容量達(dá)76.6GW，同比增長52.9%，其中僅中國光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量已達(dá)54.54GW，同比增長128.5%。晶體硅太陽能電池以其使用時(shí)間長，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢在太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)地位，在全球光伏市場約占90%份額，其中多晶硅電池占2/3。2016年我國多晶硅料的產(chǎn)量為19.4萬噸，雖然產(chǎn)量在持續(xù)提升，但仍然無法滿足國內(nèi)需求，這表明多晶硅太陽能電池在我國擁有廣闊的市場，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：CdTe；薄膜電池；太陽能

當(dāng)今世界各國生產(chǎn)太陽能電池，普遍采用的辦法是直接由原材料到電池的工藝，即發(fā)展薄膜太陽能電池技術(shù)，取代由硅原料、硅錠、硅片到電池的工藝路線。

當(dāng)前世界范圍內(nèi)各國主要采用的薄膜太陽能電池技術(shù)有a-Si（非晶硅薄膜電池）、CIGS（銅銦鎵硒薄膜電池）、CdTe（碲化鎘薄膜電池）等。但是CdTe電池和其他電池相比，具有制作方法簡單，成本低等優(yōu)勢，被我們廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，我國的專家學(xué)者不斷致力于CdTe薄膜電池的研究，以提高其轉(zhuǎn)換效率，造福于社會(huì)大眾。

1 CdTe薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)與原理

圖1所展示的是上襯底CdTe薄膜太陽能電池能帶結(jié)構(gòu)，這種上襯底結(jié)構(gòu)因其具有較高的轉(zhuǎn)換效率，穩(wěn)定的電池性能和較低的使用成本而被人們廣泛使用。

根據(jù)圖1，我們可以看出該結(jié)構(gòu)是以透明度較好的玻璃作為襯底，以起到支撐和便于陽光進(jìn)入的作用；其次是TCO層，該層的主要作用是透光和促進(jìn)電的傳導(dǎo)；再次即CdS窗口層，該層采用了n型的半導(dǎo)體；然后是CdTe吸收層，它是整個(gè)太陽能電池中的核心，起到了主要的吸收作用；最后是背電極，降低CdTe吸收層與金屬電極的接觸，最大限度的引出電流。接下來我們將纖細(xì)地對CdTe薄膜太陽能電池的各個(gè)層次進(jìn)行介紹。

1.1 T00前電極

根據(jù)圖1我們可以看出，CdTe薄膜太陽能電池能的透明導(dǎo)電氧化物薄膜是直接沉積到玻璃上的，TCO層與玻璃襯底密不可分。為了最大程度的吸收太陽光，我們選取了透明度較高的玻璃襯底，以方便陽光射入。當(dāng)前TCO被廣泛地應(yīng)用到太陽能電池中，成為電池制造中不可缺少的一部分。為了使透明導(dǎo)電氧化物薄膜的適用范圍更加廣泛，我們將TCO層設(shè)置了3eV以上的禁帶寬度。目前，常見的TCO有：FTO、ITO、AZO、CTO和ZnO：F。

1.2 CdS窗口層

CdS是薄膜太陽能電池的緩沖層，CdS的制備方法多種多樣，比較常見的制備方法有ED、CBD、MBE、MOCVD、SP和PVD等。CdS薄膜的化學(xué)性能比較穩(wěn)定，它能透過大部分的太陽光，是一種很好的光伏材料、它也有其固有缺點(diǎn)，例如它的禁帶寬度偏低，會(huì)造成較大的電流損失，從而影響太陽能電池的性能。CdS薄膜在實(shí)際應(yīng)用中還存在吸光過度的問題，為解決這個(gè)問題，科學(xué)家們嘗試了很多方法，例如在玻璃襯底上添加一層氧化物，防止與TCO的直接接觸，增加CdS禁帶寬度等，但是效果都不明顯。這些問題值得我們進(jìn)一步地去研究，以尋求最佳解決方案。

1.3cdre吸收層

CdTe具有理想的禁帶寬度，其禁帶寬度為1.25eV，該寬度與太陽光譜相匹配，從而有利于太陽能的轉(zhuǎn)換；CdTe擁有很高的吸收數(shù)，其吸收數(shù)為105cm-1，該吸收數(shù)是太陽光能夠最大程度的被吸收。上述兩個(gè)特征使得CdTe非常適合做太陽能電池的吸收層。CdTe的制作方法有很多，其中按其沉積溫度可劃分為高溫和低溫沉積兩種。低溫沉積溫度一般低于450攝氏度，高溫沉積一般高于550攝氏度，不過還是高溫沉積在太陽能電池的制作中應(yīng)用更為廣泛。

1.4背電極

如圖1所示，背光極金屬主要是與CdTe吸收層相連接，一般來說，背光極金屬與吸收層之間都會(huì)有設(shè)置一個(gè)緩沖層，該緩沖層得存在一定程度上可以解決CdTe吸收層的高功函數(shù)問題，使得電流能夠順利地到達(dá)金屬層。在緩沖層的制作上，我們一般選用CuTe或者是功函數(shù)較高匹配較好的材料，以最大限度提高太陽能電池電壓。

2 CdTe薄膜太陽能電池材料的研究情況

從全球范圍上看，我們對太陽能電池的研究于19世紀(jì)30年代在美國開始，世界上第一個(gè)硅太陽能電池亦是由美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室研究出來的，研究成功為太陽能電池的研究開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)，由于受當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展技術(shù)的限制，最初太陽能電池的能源主要依賴于光電的轉(zhuǎn)換。隨著科研人員對太陽能電池研發(fā)的不斷深入，科學(xué)家們經(jīng)過不斷地實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CdTe的寬度不僅與太陽光譜相匹配，而且其對太陽光的吸收度也很好，加之制作方法簡單，應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，使得人們開始了對CdTe薄膜太陽能電池進(jìn)行研究，但是在最初的研究階段，并未取得顯著性的成果，電池轉(zhuǎn)換率太低，不能滿足人們的需求。經(jīng)過研究人員數(shù)年的努力，直至20世紀(jì)80年代，才取得初步成果，將CdTe薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換率提高了10%。在1980年，我國也開始了對CdTe薄膜太陽能電池的研究，但是最初的研究成果并不理想，其轉(zhuǎn)換效率僅為5.9%，此后近十年中，我國的研究陷入停頓階段，直到20世紀(jì)90年代末期，在國家的大力支持下，我國才又開始對CdTe的研究，經(jīng)過眾多科研人員的努力，我國對CdTe電池的研究取得重大成果，領(lǐng)先于眾多國家。

3 GdTe太陽能電池材料的制備方法

CdTe薄膜太陽能電池的生產(chǎn)方法多種多樣，但是因CSS（近空間升華法）所具有研究設(shè)備簡單，沉積速度快和研究成本低等優(yōu)勢，使得該方法被廣泛應(yīng)用到電池的生產(chǎn)制造中，圖2所列示的就是近空間升華法。通過觀察圖2，我們可以發(fā)現(xiàn)4-襯底和5-CdTe源之間并未直接接觸，有一定的距離，但是其距離不要太遠(yuǎn)，將其控制在2-5mm，縮小二者溫度差。我們將4襯底的溫度控制在550-650攝氏度之間，5-CdTe源溫度控制在600-690攝氏度之間。在反應(yīng)時(shí)，我們將反應(yīng)室空氣抽空，并放入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣。

4結(jié)語

碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池是一種以p型CdTe和n型Cd的異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)的薄膜太陽能電池，具有理想的禁帶寬度、高光吸收率、轉(zhuǎn)換效率高、電池性能穩(wěn)定和電池結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。為緩解能源危機(jī)，我國應(yīng)加大對CdTe（碲化鎘）薄膜太陽能電池的研究，以促進(jìn)CdTe電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。