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碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池是目前最具有潜力的薄膜太阳电池之一,其具有成本低、温度系数小和弱光性能优异等优势,并且近年来转化效率迅速提升,具有重要的研究与应用价值。CdTe的禁带宽度为1.45 eV,处于太阳电池材料理想的禁带宽度范围内。CdTe为直接带隙半导体材料,对于可见光的吸收系数高达105 cm-1,是非常优异的太阳电池光吸收材料之一,2 μm的厚度就能够吸收99%的能量高于其禁带宽度的光子。CdTe太阳电池的实验室转化效率最高已经达到22.1%,大面积组件效率也达到了 19%。然而,理论上单结CdTe太阳电池的转化效率为29%,CdTe太阳电池依然存在许多关键问题需要研究与解决。传统硫化镉(CdS)窗口层带来510 nm以下波长光子的损失,从而造成太阳电池的短路电流降低;新型掺镁氧化锌(MZO)窗口层与CdTe界面存在能带匹配和界面形成等问题,造成太阳电池J-V曲线出现“S-kink”弯折现象。本文对改善传统CdS/CdTe太阳电池性能和对新型窗口层MZO与CdTe界面的能带调控进行了研究。第一章,介绍了太阳电池的背景与历史,简述了太阳电池的结构与工作原理,概述了 CdTe太阳电池的制备工艺与发展现状。第二章,改善传统CdS/CdTe太阳电池性能的研究。CdS因其禁带宽度为2.4 eV,对510 nm以下波长的可见光具有强烈吸收。通过减薄CdS窗口层厚度,减少了可见光在窗口层处的损耗,使得更多光子能够到达CdTe光吸收层。从不同厚度CdS的透射谱中可以看出,随着CdS厚度减薄,510 nm以下波长的透过率明显上升。实验结果显示随着CdS厚度的减薄,电池短路电流持续上升。从EQE曲线可以看出,在510 nm波长以下EQE曲线响应明显上升。但随着CdS薄膜厚度进一步减薄,电池漏电增大,从而限制了电池转换效率的继续上升。CdS薄膜禁带宽度随着掺杂氧的含量增加而增加,对CdS进行掺氧可以使得CdS禁带宽度增大,从而减少CdS窗口层对可见光中短波光子的吸收。本文通过提高CdS掺氧量至7%,制备出了转化效率高达16.4%的CdS/CdTe太阳电池。第三章,MZO/CdTe电池的界面钝化与能带调控。实验制备了含有不同氧化物钝化层的电池,发现Al2O3薄膜加重了电池J-V曲线中的“S-kink”现象,使得电池性能下降,而SnO2薄膜明显提高了电池开路电压。通过时间分辨光致发光(TRPL)测试了 Al2O3和SnO2钝化层对MZO/CdTe电池少数载流子寿命的影响。Al2O3具有明显钝化作用,SnO2钝化效果不明显,表明了钝化作用不是电池开路电压提高的根本原因。X射线光电子能谱(XPS)结果显示,SnO2与CdTe界面存在较小的导带带阶,减小了电池反向饱和电流,使得电池开路电压得到提高。Al2O3与CdTe界面存在2.83 eV的导带带阶,较大的导带带阶阻碍了载流子的传输,造成电池J-V曲线中“S-kink”现象加重,使得电池性能下降。通过适度增加SnO2薄膜厚度,电池串联电阻下降,填充因子增大,“S-kink”现象得到改善。第四章,高温衬底法制备CdTe太阳电池。通过提高CdTe薄膜生长过程中衬底温度,改善CdTe薄膜结晶质量。实验表明通过高温衬底法制备出的CdTe晶粒更大。通过不同方法制备MZO/CdTe结构电池,表明使用高温衬底法制备的MZO/CdTe电池具有更高的转换效率,EQE曲线也表明了 CdTe薄膜结晶质量变好。高温衬底法对MZO/CdSe/CdTe和MZO/CdS/CdSe/CdTe结构电池性能也有一定的改善。第五章,总结了本论文的研究内容与主要结论,对CdTe太阳电池的未来与发展进行了展望。