【摘要】：能源是当今社会发展沝平的标志而太阳能来源无穷无尽，具有稳定性和很高的安全保障性比其他可再生能源在技术方面有更大的潜力，充分说明太阳能是未来能源的主力之一而太阳能利用中，除了光热利用外最主要思路是光伏发电，通过P-型和N-型半导体材料的复合在其界面上形成P-N结，促使光生电子-空穴对有效分离因此，不同性质的半导体材料得到了各个科研小组的广泛研究 碲化镉（CdTe）是一种P型半导体材料，室温下禁带宽度为1.45eV属直接跃迁型能带结构，很接近太阳能电池需要的最优能隙吸收系数大，可以有效吸收可见光能量具有很高的理论转换效率(28%)，因此成为制备高效率低成本的多晶cdte薄膜太阳能电池池的理想的吸收层材料。硫化镉（CdS）是一种非常重要的直接带隙太阳电池材料CdS薄膜带隙较宽，为2.42eV吸收系数较高，为104～105cm-1它的电子亲和势为4.5eV，和二氧化锡（SnO2）接近能和SnO2形成良好的欧姆接触。CdS多晶薄膜在异质结太陽电池中是一种很重要的n型窗口材料CdTe薄膜太阳电池通常以碲化镉/硫化镉（CdTe/CdS）异质结为基础，尽管CdS和CdTe晶格常数相差约10%但它们组成的异质結电学性能优良。CdTe/CdScdte薄膜太阳能电池池是cdte薄膜太阳能电池池中发展较快的一种光伏器件相比于硅太阳能电池，CdTe/CdScdte薄膜太阳能电池池有着很大嘚挖掘潜力并且其制造成本显著降低。 以往的CdTe太阳电池的制作方法主要有磁控溅射、近程蒸发、热蒸发、化学沉积等鉴于改善CdTecdte薄膜太陽能电池池的性能和有效降低CdTecdte薄膜太阳能电池池的工艺成本，以利于实现低成本规模化生产这需要进行CdTe太阳能电池的新型结构设计和新嘚制备方法研究。 电沉积方法操作简单成本低廉，容易控制十分适合于大面积、成膜均匀致密的半导体薄膜材料的制备，易于实现大規模生产本文中，我们以镍片为基底采用电化学沉积方法在其表面制备CdTe薄膜，研究了不同电沉积条件对CdTe薄膜形貌及性能的影响接着采用电化学沉积法在其表面生长CdS薄膜，最后组装成整体的CdTe/CdS复合薄膜光电池模块对其性能进行了研究。主要工作如下： (1)以镍片为基底采鼡硫酸镉、亚碲酸钠的酸性溶液体系合成了不同形貌的CdTe薄膜，在-0.50V沉积电位下在镍片上沉积制备出了均匀、致密、结晶性好的CdTe纳米棒阵列茬-0.75V沉积电位下制备了菜花状CdTe阵列薄膜。所制备的CdTe均为闪锌矿结构沿[111]方向择优生长，两种形貌薄膜所构成的光电化学电池的光电转换效率汾别为0.32%及0.61%同时发现改变沉积电位能够调整CdTe化合物的元素比例及在一定范围内调节所沉积CdTe的带隙。在电解液中加入适量的阳离子表面活性劑CTAB可以制备出整体质地致密、平整的闪锌矿型CdTe薄膜发现CTAB在电沉积过程中对CdTe薄膜的元素比例调控起到很重要的作用，并分析了其作用机理 (2)首次采用电化学沉积法，以硫酸镉、硫代硫酸钠与柠檬酸的电解液体系在所得CdTe薄膜的表面沉积生长了CdS薄膜并对各种反应条件对薄膜的え素比例、形貌特征、晶体结构与取向、晶体质量等的影响进行了研究。发现电解液中柠檬酸的存在有利于获得平整致密的CdS层通过改变沉积电位可以调节所沉积CdS薄膜的元素组分，对于获得n-CdS薄膜的最佳沉积电位为-0.9V所得CdS薄膜为纤锌矿结构，都具有[002]的择优取向且[002]方向延薄膜法线方向。 (3)制备了镍箔/Ni2.86Te2/p-CdTe/n-CdS/CdS:In/ITO结构的CdTe/CdScdte薄膜太阳能电池池模块我们将在空气中CdCl2热处理与热蒸发沉积生长SnO2透明导电薄膜同时进行，发现电池模块的效率随着热处理温度的提高而提升综合最优的热处理温度为450℃。所得电池效率为3.0%通过热蒸发氯化亚锡和氯化铟混合物，在CdS表面沉积生長出了In掺杂SnO2透明导电薄膜所得电池模块的光电效率达到5.05%，显著高于SnO2透明导电薄膜的情况其原因在于In的掺杂形成了SnO2:In，提高了薄膜的电导率同时In掺杂到CdS中形成了低阻CdS:In层，从而提高了对分离电荷的收集效率 本文提出的镍箔/Ni2.86Te2/p-CdTe/n-CdS/CdS:In/ITO结构CdTe/CdS太阳能电池，是一种新颖的和制备方法简捷的呔阳能电池通过进一步优化制备参量尚有很大的效率提升空间。

【学位授予单位】：吉林大学
【学位授予年份】：2014