CdTe 薄膜光伏–应用讨论

应用笔记

CdTe薄膜PV是主要的薄膜之一 光伏技术 正在商业化。 CdTe具有直接带隙的优点,其与太阳光谱良好匹配,高吸收系数,能够掺杂n型和p型,以及可用于低成本,大规模制造的工艺。

改善CdTe薄膜PV的主要领域是电池和模块效率。 材料表征 运用 表面分析 这些方法可用于支持提高效率的研发。

薄膜结构

上面所示的CdTe薄膜PV器件结构的代表性示意图说明了表面分析可以帮助的一些方式。

在原理图的左侧,我们看到了分层结构。 光通过玻璃基板(原理图的底部),通过TCO(透明导电氧化物),薄(50-150 nm)CdS薄膜进入,并被更厚的(2-8μm)CdTe层吸收,其中电子 - 形成孔对。 由CdS / CdTe异质结形成的p / n结产生耗尽区,该耗尽区将电子和空穴分开,然后由TCO和在CdTe表面上形成的金属接触收集这些空穴。 CdS和CdTe层由多晶颗粒组成,导致纹理或粗糙界面。 热处理可引起层(例如,S)之间的扩散或引入新元素(例如来自含Cl的退火步骤的Cl,来自金属接触的Cu),其可能或可能不会对器件性能有害。 在添加金属接触之前,金属接触及其与CdTe的界面对CdTe的表面化学特别敏感。 此外,还有各种可能的材料用于金属接触,TCO和掺杂CdTe,所有这些材料都可用于提高器件效率。

在示意图的右侧,我们看到如果将钠钙玻璃用于玻璃基板,则诸如Na或Fe的杂质可能扩散到器件中。 该杂质扩散可以通过测量 SIMS.

玻璃基板具有TCO层,例如SnO2:F,ITO(In2O3:Sn)或基板表面与CdS层之间的ZnO:Al。 TCO可以包括高电阻率缓冲层,例如像SnO的氧化物2,在2O3,嘎2O3,ITO或ZnO。 这种材料的相可以用 XRD 并且厚度可以用 XRR。 这些层的组成可以用各种技术测量,例如 苏格兰皇家银行 以及 XPS。 由于加速的环境试验,这些层的相或组成变化也可以用这些技术确定。 可以用CdS测量CdS沉积之前的TCO的表面纹理 AFM.

通常通过化学浴步骤沉积薄CdS层。 可以通过XRD,XPS,RBS,XRR和SIMS确定相,组成和厚度以及杂质。 可以使用AFM测量表面纹理。 可以通过分析缺陷 STEM/ EDS。

通过各种方法沉积厚CdTe层,但在所有情况下都是多晶粒结构。 GDMS 可用于定量测量CdTe原料粉末或颗粒中的杂质。 GDMS还可以测量Cd和Te原料中的杂质。 这些杂质可包括不需要的反掺杂剂,以及在耗尽区中引起电子 - 空穴复合的元素,或可能导致干扰电流收集的结构缺陷的元素。 含Cl的热处理改变了晶粒结构。 XRD可以在热处理之前或之后确定CdTe和CdS的结构相。 SEM 以及 TEM 可以在热处理之前和之后提供关于CdTe / CdS界面的结构信息。 SIMS可以提供​​CdTe层中掺杂剂和杂质的定量测量。 因为CdTe表面是粗糙的(纹理化的),所以可以通过在获得SIMS轮廓之前抛光CdTe表面来提高SIMS轮廓的精度。 这也有助于测量从CdS到CdTe的S扩散分布。 在形成金属接触之前,CdTe层的表面纹理可以通过AFM测量。 在金属接触之前CdTe的表面化学(例如,Te键合)可以通过XPS测量,和 TOF-SIMS 也可以提供表面化学。

金属触点通常含有扩散到器件中的Cu。 Cu的量及其在器件中的位置可能对器件性能有益或有害。 可以通过设备通过SIMS测量Cu曲线。 金属触点和CdTe之间的界面可以通过STEM / EDS和FE-AES(对于通过单个CdTe晶粒的分布)进行分析。 存在多种接触方法,包括例如Cu掺杂石墨浆料,Cu / Au,Cu / Mo,Cu / ITO和ZnTe:Cu。 金属接触的成分,厚度和相可以通过各种技术进行分析,例如RBS,XRR,XRD,XPS和 AES.

对于模块,通常使用某种封装材料,这可以通过分析 GCMS 以及 FTIR.

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