B67+使用CdSe CdS复合窗口层的碲化镉薄膜太阳电池+胡钢

使用 CdSe/CdS复合窗口层的碲化镉薄膜太阳电池 胡钢，李创，曹洪源，王文武，武莉莉，李卫，赵德威，冯良桓， 张静全 四川大学材料科学与工程学院，成都 610064； zhangjq@scu.edu.cn 图 1. 基于硫化镉 /硒化镉复合窗口层的器件结构 (左 )和真空蒸发硒化镉层示意图 (右 ) ◆ Notes ➢ 分别采用水浴法和真空热蒸发技术在 NSG TEC 12D衬底上 沉积硫化镉和硒化镉 层 ， 形成复合窗口层 。 ➢ 碲化镉吸收层采 用近空间升华法沉积 ， 厚度 约 3 μm。 碲化镉薄膜太阳电池理论效率高 、 发电成本低 ， 是迄今为止商业化进展最 快的薄膜太阳电池 。 基于 n型硫化镉窗口层器件的性能稳定 ， 应用广泛 。 由于硫 化镉窗口层通常较厚 ， 短波响应低 。 减薄硫化镉窗口层可改善器件短波响应 ， 但 会产生较多的内部短路通道 ， 影响器件性能 。 本文将硫化镉 /硒化镉 复合窗口 层 应用于碲化镉薄膜太阳电池 ， 研究了硒化镉 层厚度对器件性能的影响 ， 以及 器件 性能改善的内在机制 。 研究背景 器件结构及制备方法 器件性能分析 图 3. 不同结构器件的 (a)效率； (b) 开路电压； (c) 短路电流密度； (d) 填充因子； (e) 并联电 阻； (f) 串联电阻 ◆ Notes ➢ 单一硫化镉窗口层： 减薄硫化镉窗口层 ， 器件短波响应增强 ， 短路电流密度 增大 ， 但开路电压和填充因子减小 ， 整体性能下降 。 ➢ 硫化镉 /硒化镉复合窗口层： 硒化镉层厚度为 70 nm时 ， 器件短波响应增强 ， 长波响应拓展 ， 整体性能明显改善 ， 效率显著提升 。 图 2. 不同结构最优器件的 (a)J-V曲线和 (b)外量子效率谱 器件暗 J-V特性分析 图 4. 不同结构最优器件的 (a) 暗 J-V半对数曲线； (b)反向偏压下 暗 J-V对数 曲线 ◆ Notes ➢ 单一硫化镉窗口层： 减薄硫化镉窗口层 ， 器件内部存在明显的非欧姆漏 电通道 ， 漏电流明显增大 。 ➢ 硫化镉 /硒化镉复合窗口层： 在减薄硫化镉窗口层的同时 ， 还能降低器 件的漏电流 ， 器件内部主要存在欧姆漏电通道 。 光致发光性能分析 图 3 基于 硫化镉 窗口层和 硫化镉 /硒化镉 复合窗口层的器件在室温下的 (a)PL谱和 (b)TRPL衰减曲线，其中激发光源从玻璃面入射 ◆ Notes ➢ 采用硫化镉 /硒化镉复合窗口层 ， PL峰位明显红移 ， 表明 硒化镉 与 碲化 镉 之间发生互扩散 ， 形成了具有较窄带隙的 CdSeTe化合物 ， 从而有利于 拓展器件在长波段光的响应 。 ➢ 硫化镉 /硒化镉复合窗口层的 TRPL寿命比单一硫化镉窗口层明显延长 ， 可能是器件开路电压和填充因子提升的主要原因 。 采用 硫化镉 /硒化镉 复合窗口层能在保持器件高短波段响应的同时 ， 拓 展器件的长波响应 ， 因而 短路电流密度 显著增大 。 复合窗口层可有效抑制 漏电通道的形成 、 延长载流子寿命 ， 从而增大器件的 填充因子 和 开路电压 ， 最终提高器件效率 。 使用复合窗口层 较 单一 硫化镉窗口层 器件的效率提高 了 ~2.1%， 最高效率达 17.38%。 结论 References [1] Ghosh BK, Saad I, Teo KTK, et al. mcSi and CdTe solar photovoltaic challenges: Pathways to progress[J]. Optik. 2020, 206: 164278. [2] Reese MO, Perkins CL, Burst JM, et al. Intrinsic surface passivation of CdTe[J]. J Appl Phys. 2015, 118(15):689-706. [3] Sites J. Quantification of losses in thin-film polycrystalline solar cells[J]. Sol Energy Mater Sol Cells. 2003, 75(1-2):243-251. [4] Williams BL, Smit S, Kniknie BJ, et al. Identifying parasitic current pathways in CIGS solar cells by modelling darkJ-Vresponse[J]. Prog Photovolt. 2015, 23(11): 1516-1525.