碲化镉薄膜太阳电池深能级缺陷、载流子复合机制的研究

As an alternative to the traditional fossil energy, research interest is triggered by the development of solar cells. The easy fabrication process, high absorption coefficient of absorber layer, high power conversion efficiency together with their stability against temperature and moisture, drives the capacity towards solar energy conversion of the CdTe thin film solar cells. At present, the device performance of CdTe solar cell is limited by the low open circuit voltage, which is strongly dependent on the carrier recombination. The deep level defects in CdTe thin films or devices may act as recombination centers and aggravate the recombination. However, the properties of the deep level defects and their effects on device performance is still unclear. In this research proposal, single/two wavelength transient photo capacitance and two wavelength time resolved photoluminescence will be utilized to characterize the deep level defects. By using these novel characterization approaches, we aim to investigate the fundamental properties and the origination of the deep level defects which act as recombination centers. The device performance of CdTe thin film solar cells will then be optimized by adjusting the fabrication process to avoid or reduce defects.

碲化镉薄膜太阳电池具有吸收层吸收系数大、光电转换效率高、成本低、性质稳定等诸多优点，是满足未来新能源需求、发展光伏发电技术的重要成员之一。现阶段限制碲化镉薄膜太阳电池效率持续增长的一个重要原因是开路电压较低，而影响开路电压的重要因素在于器件内部载流子的复合效应。碲化镉太阳电池中的部分深能级缺陷态将以复合中心的形式参与并加剧电池内部载流子的复合，从而使开路电压降低，限制光电转换效率的进一步提升。然而现阶段对碲化镉太阳电池内部深能级缺陷的形成机理、缺陷性质及缺陷与电池性能的关系等的研究还十分欠缺。本项目以碲化镉薄膜太阳电池内部深能级缺陷为研究对象，拟利用瞬态光电容法和时间分解光致发光谱法研究缺陷的性质，探究深能级缺陷与载流子复合、电池性能的关系。旨在探明碲化镉薄膜太阳电池中载流子的复合机制、不同能级的缺陷对电池效率的影响，探究缺陷的形成机理，提高碲化镉太阳电池的开路电压，进一步优化器件性能。

碲化镉薄膜太阳电池具有吸收层吸收系数大、光电转换效率高、成本低、性质稳定等诸多优点，是满足未来新能源需求、发展光伏发电技术的重要成员之一。现阶段限制碲化镉薄膜太阳电池效率持续增长的一个重要原因是开路电压较低，而影响开路电压的重要因素在于器件内部载流子的复合效应。碲化镉太阳电池中的部分深能级缺陷态将以复合中心的形式参与并加剧电池内部载流子的复合，从而使开路电压降低，限制光电转换效率的进一步提升。然而现阶段对碲化镉太阳电池内部深能级缺陷的形成机理、缺陷性质及缺陷与电池性能的关系等的研究还十分欠缺。本项目结合稳态/瞬态光致发光谱、导纳谱、深能级瞬态谱、瞬态光电容谱及稳态光电容谱等多种缺陷研究手段对碲化镉太阳电池内部的深能级缺陷进行了深入研究。结果表明，碲化镉太阳电池内缺陷的性质与器件结构密切相关，通过在CdS与CdTe之间插入CdSe层或构筑CdSeTe/CdTe复合吸收层器件是抑制该缺陷形成的可行方法，太阳电池性能也由此得到了优化。该项目最重要的研究成果即为探明了光学激活能为~1.07eV的深能级缺陷、研究了它的性质及其与器件性能的相关关系，该研究成果对于进一步提高碲化镉太阳电池的光电转换效率意义重大。