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。
参考文献
【l】冯垛生，张淼，赵慧，林珊．2009．太阳能发电技术与应用[M】，北京： 人民邮电出版社． 【2】杨德仁．2006．太阳电池材料【M】，北京：化学工业出版社． 【3】刘柏谦，洪慧，王立刚．2009．能源工程概论【M】，北京：化学工业出 版社． 【4】张辉，马向阳，杨德仁，阙端麟．2003．化学沉积法制备CdS薄膜及性质 研究叨．太阳能学报．24：1．4． 【5】Morales—Acevedo Arturo．2006．Can we improve the record efficiency of CdS／CdTe solar cells【J】．Solar EnergyMaterials&Solar Cells，90：22 1 3—2220． 【6】Morris G C，Das S K．1 992．some fabrication procedures for electrodeposition CdTe solar cells[J]．Int．J．Solar Energy,12：95-108. 【7】黎 兵,蔡亚平,朱居木,等. CdS 多晶薄膜的制备及其性能研究[J ] . 四川大 学学报(自然科学版) ,1999 ,36 :450 - 452.
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
CdTe薄膜制备技术
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
近空间升华法 特点
厚度均匀、晶粒大小适当、高效率、设备简单、 沉积速度高、Cd污染小、易于控制
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
近空间升华法沉积设备示意图
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
衬底加 热器
CdTe太阳能电池
10cm*10cm小型碲化镉薄膜太阳能电池模组
碲化镉太阳能电池研究进展
碲化镉太阳能电池原理 碲化镉太阳能电池制作工艺 碲化镉太阳能电池成本估算 碲化镉太阳能电池优势与缺陷
1.研究进展
第一个CdTe太阳能电池是由RCA实验室在CdTe单 晶上镀上In的合金制得的。其光电转换效率为2.1％
2.碲化镉太阳能电池原理——结构
光 光 背电极
背电极 聚酰亚胺衬底 光 光 结构 结构 金属衬底
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.碲化镉太阳能电池制作工艺
衬底加 热器
衬底 生长薄膜 CdTe源材料
源材料 ------蒸发源是被置于一与衬底同面积的容器内，衬底与源材 料要尽量靠近放置，使得两者之间的温度差尽量小，从而使薄膜的 生长接近理想平衡状态。使用化学计量准确的源材料，也可以得到 化学计量准确的CdTe薄膜。一般衬底的温度可以控制在450～ 600℃之间，而高品质的薄膜可以在大约 1um/min 的速率沉积下得 到。
2.碲化镉太阳能电池原理
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。
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
工艺流程
近空间升华法
CdCl2处理
背接触层
关键技术
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
工艺流程
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
电沉积、化学浴沉积等低温沉积技术制备的薄膜致 密，晶粒细小。经过后处理，晶粒长大。 丝网印刷、近空间升华、元素气相化合等高温沉 积技术，制备的薄膜，晶粒尺寸在2～3 u m以上， 仍需在含氯化合物+氧气氛下进行后处理，才能制 备出较高转换效率的电池，可能的原因是氯不仅促 进了晶粒的长大，而在CdTe中作为受主杂质，钝化 了晶界缺陷。
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
处理前 处理后
经CdCl2处理后CdTe和CdS的平均晶粒尺寸都大约 从0.1um增加到0.5um 。
3.碲化镉太阳能电池制作工艺——背接触层
CdTe具有很高的功函数(～ 5．5eV)，与大多数的金属
都难以形成欧姆接触。一
种可行的方法是先对CdTe
薄膜表面进行化学刻蚀，
4.碲化镉太阳能电池成本估算
1MW碲化镉薄膜太阳能电池所消耗的材料的成本
注： 成本计算依据①电池结构为玻璃/SnO2：F /CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe：Cu/Ni ②碲化镉薄膜的厚度为5微米③转换效率7%，
4.碲化镉太阳能电池成本估算
可见，碲化镉和透明导电玻璃构成材料成本的主体，分別 占到消耗材料总成本的45.4%和38.2%。如将碲化镉薄膜的厚度 减薄1微米，则碲化镉材料的消耗将降低20%，从而使材料总成
3.碲化镉太阳能电池制作工艺
CdTe吸收层的CdCl2处理 几乎所有沉积技术所得到的CdTe薄膜，都必须再经 过CdCl2处理。CdCl2处理能够进一步提高CdTe/CdS异质 结太阳电池的转换效率，原因是：①能够在CdTe和CdS之 间形成 CdS1 xTex 界面层，降低界面缺陷态浓度；②导致 CdTe膜的再次结晶化和晶粒的长大，减少晶界缺陷；③热 处理能够钝化缺陷、提高吸收层的载流子寿命。将CdTe薄 膜置于约400℃的CdCl2环境之下，它将会发生以下的反应
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工艺相对简单，标准工艺，低能耗，无污 染，生命周期结束后，可回收，强弱光均 可发电，温度越高表现越好。
5.碲化镉太阳能电池优势与缺陷
镉排放量
太阳能电池组件与其他能源的镉排放量的比较图
5.碲化镉太阳能电池优势与缺陷
缺点 第一，碲原料稀缺，无法保证碲化镉太阳能电池 的不断增产的需求。 第二，镉作为重金属是有毒的。碲化镉太阳能电 池在生产和使用过程中的万一有排放和污染，会 影响环境
CdTe(s) CdCl2 (s) 2Cd ( g ) Te( g ) Cl2 ( g ) CdTe(s) CdCl2 (s)
因此，藉着区域性气相的传输作用，CdCl2的存在促进了 CdTe的再结晶过程。不仅比较小的晶粒消失了，连带着 CdTe与CdS的界面结构也比较有次序。
1.研究进展
结构
1963年， 第一个 异质结 CdTe薄 膜电池 诞生。
n--CdTe／p-Cu2-1Te
效率
7% 稳定性
存在问题
1.研究进展
1982年，Kodak实验室里由化学沉积法在P型的 CdTe上制备一层超薄的CdS。制备出效率超过10％ 的异质结p-CdTe／n—CdS薄膜太阳能电池 glass/TCO／CdS／CdTe
直接禁带半导体
2.碲化镉太阳能电池原理
2.碲化镉太阳能电池原理
CdTe太阳能电池发电的原理是基于光伏效应，即由太阳光子与半导体相互作而
产生电势从而输出电流对外做功。
p/n结型太阳能电池的基本工作原理是：P型半导体和n型半导体结合在一 起形成p-n结，由于多数载流子的扩散形成空间电荷区，同时形成一个不断增
强的从n型到P型半导体的内建电场，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 结的禁带宽度时。吸收层的电子获得能量跃迁到导带，同时在价带中产生空穴。
在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。这一现象称为光生伏特效应，简称光伏效应。
本降低9.1%，即从每峰瓦6.21 元降为5.64元。如使用99.999%
纯度的碲化镉，效率依然能达到7%，材料成本还将进一步降低。
5.碲化镉太阳能电池优势与缺陷
优 势
碲化镉薄膜太阳能电池在工业规模上成本 大大优于晶体硅和其他材料的太阳能电池 技术，生产成本仅为0.87美元/W。
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2
其次它和太阳的光谱最一致，可吸收 95% 以上的阳光。
四川大学制备出效率为13.38%的小面积电池，
54cm2集成组件效率达到7％ 四川大学正在进行0.1m2组件生产线的建设和大面积 电池生产技术的研发。
2.碲化镉太阳能电池原理
Ⅱ一Ⅵ族化合物
吸收系数～105/cm
能隙为1．45eV
CdTe
CdTe多晶薄膜制备 技术较多，且简单 高效、稳定且相对 低成本
可见几乎所有的可见光都可以透过。因此CdS薄膜常用于薄膜
太阳能电池中的窗口层。
2.碲化镉太阳能电池原理
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(Eg=1．45 eV)和高的光吸收率(大约10^4/cm)。CdTe 的光谱响应与太阳光谱几乎相同。
衬底 生长薄膜 CdTe源材料
源材料 加热器
CdTe在高于450度时升华并分解，当它们沉积在较低温度的衬底上时，再化合形 成多晶薄膜。为了制取厚度均匀、化学组份均匀、晶粒尺寸均匀的薄膜，不希望 镉离子和碲离子直接蒸发到衬底上。因此，反应室要用保护性气体维持一定的气 压。这样，源和衬底间的距离必须很小。 显然，保护气体的种类和气压、源的温度、衬底的温度等，是这种方法的最关键 的制备条件。保护气体以惰性气体为佳，也可以用氮气和空气。其中，氦气最 好，被国外大多数研究组采用。
用于CdTe／CdS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；在后续高温沉积其它薄膜层时的 良好的热稳定性。
2.碲化镉太阳能电池原理
CdS窗口层
n型半导体，与P型CdTe组成p/n结。CdS的吸收边大约是521 nm，