第十一章 碲化镉（CdTe）太阳电池
一、教学目的和要求
1）了解碲化镉基本性质 2）理解碲化镉薄膜制造技术 3）掌握碲化镉电池基本结构、模组 二、教学内容和要求
碲化镉，PVD，真空蒸镀，溅镀，电镀，喷涂，CVD，丝网印刷 三、教学重点和难点 1）薄膜制造技术理解 2）电池结构
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1，碲化镉电池概况
CdTe属于Ⅱ-Ⅳ 族化合物半导体，具有直接能隙结构，能隙宽度1.45ev。 CdTe具有较高的吸光系数，2微米薄膜可吸收99%太阳光 CdTe薄膜制造技术成素，且容易实现模组化。 CdTe太阳电池已经应用到太阳屋顶计划，前景看好 2，CdTe太阳电池历史
? CdTe电池是薄膜太阳电池历史最悠久的电池之一，受到广泛关注 ? 1956年，CdTe被提出应用到太阳电池上。 ? 同质结CdTe电池发展：
? 1959年，In扩散到P型CdTe中制备2%电池
? 1979年，在N型晶片上制备P型CdTe薄膜电池，效率>7% ? 异质结CdTe发展： ? 1969年，开始研究
? 1970年，N型CdTe长上P型Cu2Te上薄膜电池（n-CdTe/p-Cu2Te）效率>7% ? P型CdTe晶片上生长氧化物（In2O3:Sn(ITO), ZnO, SnO2）薄膜电池也受到关注
? 1977年，p-CdTe/ITO电池效率10.5% ? 1987年， p-CdTe/ITO电池效率13.4% 3，P-CdTe/n-CdS太阳电池
? 1960年， P-CdTe/n-CdS电池开始研发 ? 1977年， P-CdTe/n-CdS电池效率11.7%
? 因此， P-CdTe/n-CdS电池称为CdTe电池的典型代表。 ? P-CdTe/n-CdS电池：2微米p-CdTe，0.1微米n-CdS。 ? P-CdTe/n-CdS电池结构：substrate, superstrate. ? Substrate：玻璃基板，TCO，CdS，CdTe ? CdTe/CdS接面品质不佳，欧姆接触性差 ? superstrate：基板，CdTe，CdS，TCO 4，碲化镉物理性质
? Ⅱ-Ⅳ 族化合物中最高的平均原子数，最低的熔点，最大的晶格常数和最
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大的离子性
? CdTe具有闪锌矿（ZnS）结构，键长度2.806A0，晶格常数6.481A0，密度5.3g/cm3,熔点1365K。
? 能隙宽度1.45eV，随温度变化为-1.7meV/K ? CdTe二元相图如下，熔点1365K。 5，碲化镉薄膜沉积技术
? 物理气相沉积法（Physical vapour deposition，PVD） ? 密闭空间升华法（Close-space sublimation，CSS） ? 气相传输沉积法（Vapour transport deposition，VTD） ? 溅镀法（Sputtering deposition） ? 电解沉积法（Electro-deposition） ? 喷涂沉积法（Spray deposition）
? 有机金属化学气相沉积法（Metal organic chemical vapor deposition MOCVD）
? 丝网印刷沉积法（Screen-print deposition） 6，CdCl2处理
? 改善晶粒大小、改善结晶结构，提高太阳电池转化效率
? 改善CdTe和CdS接面性能：CdTe和CdS扩散，接面形成CdTe1-xSx合金模，导致CdS能隙降低，光穿透性降低。 ? 上述所有薄膜技术都必须CdCl2处理。 ? CdTe薄膜处在400度CdCl2环境下反应 7，碲化镉电池基本结构 7.1，玻璃基板
? 耐高温(600度)，转化效率16%，不耐高温钠玻璃，12%；厚度2-4mm ? 保护CdTe电池：免受外部环境侵蚀，提供电池机械支撑 ? 通常玻璃表面镀抗反射膜增强光吸收 7.2，TCO
? 作用：正面电极接触
? 材料：SnO2，In2O3:Sn，Cd2SnO4
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7.3，n-CdS
? CdS能隙宽度2.4eV，吸收<515nm光，故称为窗口层 ? 厚度：0.5微米
? 降低CdS光吸收途径：CdCl2处理，CdS+ZnS混合增加能隙 ? 多晶结构导致顺向电流、局部并联分流 ? 在TCO与CdS间增加高电阻透明氧化层 ? 高电阻材料：SnO2，In2O3，Ga2O3，Zn2SnO4 7.4，p-CdTe ? 能隙宽度1.45eV ? 高光吸收性能，吸收层
? CdTe杂质浓度低于CdS，p-n结在CdTe内 ? 厚度2-8微米 7.5背接触电极
? 背电极材料：Al或Ag，提供低电阻连接
? P-CdTe欧姆接触较难，Schottky二极管整流效应，故电极很薄 ? 步骤：刻蚀CdTe，镀金属层，热处理 8，碲化镉电池模组 9，碲化镉电池未来发展
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