新型礦石金屬材料在電池中的應(yīng)用與發(fā)展

時(shí)間：2014-05-12 10:11:53

作者：世邦機(jī)器

目前，晶體鉛鋅太陽(yáng)能電池是較主要的陽(yáng)能電池材料。然而，鉛鋅并不是理想的光伏材料，光的吸收率很低，在波長(zhǎng)0.5～1.0μm范圍內(nèi)，光的吸收系數(shù)低于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，并非對(duì)應(yīng)理想產(chǎn)生光伏響應(yīng)的禁帶寬度1.5eV,因此鉛鋅材料太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率較低，約為25%?，F(xiàn)在鉛鋅礦石加工設(shè)備實(shí)驗(yàn)室理想的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到24.7%，多晶鉛鋅太陽(yáng)能電池為19 8%但其成本非常高。目前的研究表明，單一發(fā)展鉛鋅礦生產(chǎn)線晶體鉛鋅太陽(yáng)能電池?zé)o法與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。為了制造低成本高效率的太陽(yáng)能電池，研制新材料新結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)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系數(shù)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，具有很高的光吸收系數(shù)，如在可見(jiàn)光部分，其光吸收系數(shù)在105cm-1左右，就只需要幾個(gè)微米的厚度便可以吸收90%的光。CdTe太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率在29%左右。

雖然同質(zhì)結(jié)N-CdTe/P-CdTe也可以作太陽(yáng)能電池，但是轉(zhuǎn)換效率很低，一般小于10%，其原因是：CdTe的光吸收系數(shù)很高，使大部分光在電池表面1～2μm內(nèi)就已被吸收并且激發(fā)出電子和空穴對(duì)，但是這些少數(shù)載流子幾乎在表面就被復(fù)合掉，即在電池的表面形成“死區(qū)”.從而導(dǎo)致其轉(zhuǎn)換效率低。為了避免這種現(xiàn)象，一般是在CdTe的表面生長(zhǎng)一層“窗口材料”CdS薄膜。CdS是寬禁帶半導(dǎo)體材料，帶隙為2.42eV，與CdTe有相對(duì)較好的晶格、化學(xué)和熱膨脹匹配。目前，實(shí)驗(yàn)室里CdTe/CdS太陽(yáng)能電池的理想轉(zhuǎn)換效率為16. 5%，距其理論轉(zhuǎn)換效率還有不小的差距。

N型CdS窗口材料是制作高效率CdTe太陽(yáng)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(yīng)。生長(zhǎng)CdS薄膜的方法很多，如物理氣相沉積（ PVD）、金屬有機(jī)物氣相沉積（MOCVD）、封閉空間升華-凝華法（CSS）、化學(xué)水浴法（CBD）、絲網(wǎng)印刷法（SP）、化學(xué)氣相輸運(yùn)法（CVTG）和電沉積法（ED）。其中，化學(xué)水浴法是應(yīng)用較廣泛的生長(zhǎng)方法，該法具有可控性好、均勻性好、成本低等特點(diǎn)。