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新型礦石金屬材料在電池中的應用與發展

時間:2014-05-12 10:11:53

作者:博鱼機器

目前,晶體鉛鋅太陽能電池是較主要的陽能電池材料。然而,鉛鋅並不是理想的光伏材料,光的吸收率很低,在波長0.5~1.0μm範圍內,光的吸收係數低於104cm-1,因此要吸收90%的光,所需鉛鋅材料的厚度至少為100μm,成本很高。另外,鉛鋅的禁帶寬度為1.12eV,並非對應理想產生光伏響應的禁帶寬度1.5eV,因此鉛鋅材料太陽能電池的理論轉換效率較低,約為25%。現在鉛鋅礦石加工設備實驗室理想的轉換效率已經達到24.7%,多晶鉛鋅太陽能電池為19 8%但其成本非常高。目前的研究表明,單一發展鉛鋅礦生產線晶體鉛鋅太陽能電池無法與常規能源相競爭。為了製造低成本高效率的太陽能電池,研製新材料新結構的太陽能電池變得非常必要。

作為一種非常重要的薄膜材料,CdTe的禁帶寬度為1.45eV,其禁帶寬度隨溫度變化係數為(2.3~5. 4)×10-44eV/K,非常接近光伏材料的理想禁帶寬度,而且它是直接帶隙材料,具有很高的光吸收係數,如在可見光部分,其光吸收係數在105cm-1左右,就隻需要幾個微米的厚度便可以吸收90%的光。CdTe太陽能電池的理論轉換效率在29%左右。

雖然同質結N-CdTe/P-CdTe也可以作太陽能電池,但是轉換效率很低,一般小於10%,其原因是:CdTe的光吸收係數很高,使大部分光在電池表麵1~2μm內就已被吸收並且激發出電子和空穴對,但是這些少數載流子幾乎在表麵就被複合掉,即在電池的表麵形成“死區”.從而導致其轉換效率低。為了避免這種現象,一般是在CdTe的表麵生長一層“窗口材料”CdS薄膜。CdS是寬禁帶半導體材料,帶隙為2.42eV,與CdTe有相對較好的晶格、化學和熱膨脹匹配。目前,實驗室裏CdTe/CdS太陽能電池的理想轉換效率為16. 5%,距其理論轉換效率還有不小的差距。

N型CdS窗口材料是製作高效率CdTe太陽能電池的必要的組成部分,其摻雜濃度為1016cm-2,厚度在50 ~100cm之間,而且薄膜均勻以減少短路效應。生長CdS薄膜的方法很多,如物理氣相沉積( PVD)、金屬有機物氣相沉積(MOCVD)、封閉空間升華-凝華法(CSS)、化學水浴法(CBD)、絲網印刷法(SP)、化學氣相輸運法(CVTG)和電沉積法(ED)。其中,化學水浴法是應用較廣泛的生長方法,該法具有可控性好、均勻性好、成本低等特點。

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