CdS薄膜與CuSCdS太陽(yáng)電池2CuS/CdS是一種廉價(jià)太陽(yáng)電池，它具有成本低、制備工藝十分簡(jiǎn)2單的優(yōu)點(diǎn)。因此，在70-80年代曾引起國(guó)內(nèi)外廣大光伏科研者的廣泛興趣，以空前熱情進(jìn)行研究。在燒結(jié)體Cu2JCdS太陽(yáng)電池研究的基礎(chǔ)上，70年代開(kāi)展了在多種襯底上使用直接和間接加熱源的方法沉積多晶CdS薄膜。薄膜制備方法主要有噴涂法、蒸發(fā)法等。CdS薄膜結(jié)構(gòu)特性CdS是非常重要的：II-W族化合物半導(dǎo)體材料。C北薄膜具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，是直接帶隙材料，帶隙較寬，為2.42eV。實(shí)驗(yàn)證明，由于CdS層吸收的光譜損失不僅與CdS薄膜的厚度有關(guān)，還與薄膜形成的方式有關(guān)。CdS薄膜光學(xué)性質(zhì)CdS薄膜廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)電池窗口層，并作為n型層，與p型材料形成p-n結(jié)，從而構(gòu)成太陽(yáng)電池。因此它對(duì)太陽(yáng)電池的特性有很大影響，特別是對(duì)電池轉(zhuǎn)換效率有很大影響。一般認(rèn)為，窗口層對(duì)光激發(fā)載流子是死層，其原因是，（1）CdS層高度慘雜，因此耗盡區(qū)只是CdS厚度的一小部分；（2）由于CdS層內(nèi)缺陷密度較高，空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度非常短，如果耗盡區(qū)沒(méi)有電場(chǎng)，載流子收集無(wú)效。因此減少缺陷密度，可使擴(kuò)散長(zhǎng)度增加，能在CdS層內(nèi)收集到更多的光激發(fā)載流子。CdS簿膜電學(xué)特性一般而言，本征CdS薄膜的串聯(lián)電阻很高，不利于做窗口層，在300°C-350°C之間，將In擴(kuò)散入CdS中，把本征CdS變成n-CdS，電導(dǎo)率可達(dá)1020-icm-i左右。對(duì)CdS熱處理也能使電導(dǎo)率增加1080-icm-i的量級(jí)。在相對(duì)低溫下進(jìn)行熱擴(kuò)散，以免使膜退化。當(dāng)在空氣中加熱到300°C時(shí)，由于氧在晶界有化學(xué)吸收，使光電導(dǎo)率衰減。未摻雜的CdS薄膜的電阻率高，不是由于膜的不連續(xù)引起的，很可能是由于氧氣介入，氧俘獲導(dǎo)帶電子，形成化學(xué)吸附，存在晶界的多晶CdS薄膜更易吸收氧，在熱退火過(guò)程中，消除氧的吸附作用，降低了電阻率，因此熱處理不但有效地濾掉了薄膜內(nèi)部的氧，而且有利于膜在優(yōu)勢(shì)晶向上長(zhǎng)大。CdS薄膜和CuS/CdS太陽(yáng)電池的制備方法21.4.1噴涂法60年代初，已有人開(kāi)始采用噴涂或涂刷技術(shù)，研究CdS薄膜及CuS/CdS太陽(yáng)電池。為了適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)CdS薄膜，R，R.Chamberlin2和J.F.Jorn等人發(fā)展了這種方法。用噴涂法制備CdS薄膜，其方法主要是將含有3和Cd的化合物水溶液，用噴涂設(shè)備噴涂到玻璃或具有SnO導(dǎo)電膜的玻璃及其它材料2的襯底上，經(jīng)熱分解沉積成CdS薄膜。各國(guó)不同學(xué)者采用的工藝都基于如下熱分解效應(yīng)：CdC1+(NH)CS+2H0—CdSl十2NHClf十C0I2 22 2 4 2熱分解溫度Ts〉250C。熱分解溫度、噴涂溶液組分，噴速以及SnO透明電極的電阻率，2窗口效應(yīng)的利用等是影響電池性能的主要因素。為了制備太陽(yáng)電池，在CdS膜表面噴涂轉(zhuǎn)型物質(zhì)，如含Cu+的氯化亞銅溶液，或采用常規(guī)浸泡工藝，使之形成一定厚度的CuS層，2并經(jīng)熱擴(kuò)散等工藝和噴涂金屬層作電極，形成太陽(yáng)電池。在CuS/CdS太陽(yáng)電池中，由于兩種材料的親和力失配，相差20.3eV，因此使擴(kuò)散電位被限制在0.8eV,降低了太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓。為此，提出了采用由CdS和ZnS制備Cdi-xZnxS來(lái)代替CdS，以改善小層的電子親和力和降低界面態(tài)數(shù)目。由于噴涂法制備Cu2S/CdS(Cu2S/Cdi-xZnxS)薄膜太陽(yáng)電池，不采用真空設(shè)備，使工藝得到簡(jiǎn)化，并為定量摻雜、控制膜厚和薄膜電阻率及重現(xiàn)性帶來(lái)方便。1977年R.Feigllsen研制出轉(zhuǎn)換效率為7.8%的Cu2SCd09Zn01S太陽(yáng)電池。1.4.2蒸發(fā)法采用電子束技術(shù)蒸發(fā)CdS原料油于裝料器外殼不加熱，并進(jìn)行水冷，因而減少了污染，獲得的膜牢固、致密、純度高、耐腐蝕性好、剩余原料組分不變，可以循環(huán)使用。因此該方法獲得了廣泛應(yīng)用。長(zhǎng)春應(yīng)化所張瑞峰等人用電子束蒸發(fā)制備CdS薄膜，改進(jìn)了電子束蒸發(fā)設(shè)備，避免了在蒸發(fā)過(guò)程中CdS粒子飛濺。采用常規(guī)氯化亞銅浸泡法形成Cu多層，從而構(gòu)成CuS/CdS太陽(yáng)電池，電池最佳轉(zhuǎn)換效2率為6.2%。真空加熱蒸發(fā)制備CdS薄膜是常采用的方法。長(zhǎng)春應(yīng)化所王福善等人用石墨作加熱器，調(diào)節(jié)源上方擋板的大小和位置，獲得無(wú)濺射顆粒的CdS薄膜，并用氯化亞銅水溶液浸泡形成Cu2S層，構(gòu)成Cu2S/CdS太陽(yáng)電池，其最高效率為7.8%。長(zhǎng)春應(yīng)化所王給祥等人，改進(jìn)了蒸發(fā)工藝，對(duì)CuS層進(jìn)行HCI2腐蝕，使表面形成絨面織構(gòu)，所獲得的CuS/CdS太陽(yáng)電池最佳有效2面積轉(zhuǎn)換效率為8.9%。Cu28/CdS太陽(yáng)電池機(jī)理研究由于CuS/CdS薄膜太陽(yáng)電池工藝不穩(wěn)定，電池轉(zhuǎn)換效率不高，2穩(wěn)定性差，易衰降，因此阻礙了這一類(lèi)型太陽(yáng)電池的發(fā)展。為此許多學(xué)者對(duì)這種電池開(kāi)展了深入細(xì)致的機(jī)理研究。上海能源所黃芳龍用掃描電子能譜儀測(cè)量了不同效率的薄膜CuS/CdS太陽(yáng)電他的AES譜。2認(rèn)為真空蒸發(fā)形成CdS膜和化學(xué)浸泡法形成Cu2s層構(gòu)成的Cu2S/CdS電池為緩變結(jié)電池，高濃度CuS區(qū)厚0.05頗-0.1頗，銅過(guò)渡區(qū)厚度2為1頗，在一定的結(jié)深和過(guò)渡區(qū)范圍內(nèi)，電池效率與高濃度CuS層厚2度（結(jié)深）成正比，與銅過(guò)渡區(qū)厚度成反比，并計(jì)算出電他的極限效率為18%，實(shí)際工藝可能達(dá)到12.5%。黃芳龍進(jìn)一步研究了擴(kuò)散對(duì)CuS/CdS太陽(yáng)電池效率及穩(wěn)定性的影響。擴(kuò)散會(huì)改變電池各元素的組2成比，導(dǎo)致電池效率下降，特別