高迁移率薄膜在碲化镉电池中应用

拟通过制备高迁移率（高电导）的功能薄膜应用于CdTe电池研究，研发高效CdTe太阳电池制备工艺，并形成自主知识产权的专利群，提升我国在CdTe太阳电池方面开发利用的竞争力。以CdTe电池能带结构为指导，推动电池新材料，新结构与新工艺的发展。研究对象包括：（1）开发新型多元高导电性TCO薄膜应用于电池透明电极。（2）在宽禁带、高迁移率框架下研究稳定的、高迁移率的窗口材料，以及能带匹配的高阻层以阻挡少数载流子注入。（3）CdTe薄膜的高浓度金属替位掺杂提高迁移率。（4）通过研究石墨烯在背接触电极的应用，以实现高电导的欧姆接触。通过本项目的实施，采用全新的高迁移率功能薄膜，集成出高效CdTe薄膜太阳能电池，研制CdTe电池转换效率达到14%，申请3～5项发明专利。

本项目通过制备高迁移率（高电导）的功能薄膜应用于CdTe电池研究，以CdTe电池能带结构为指导，光电子的激发、输运与收集为脉络，研发了高效CdTe太阳电池材料基本性质、结构间特征以及制备工艺，申请相关核心专利并形成自主知识产权的专利群，推动电池新材料，新结构与新工艺的发展。研究成果包括：（1）以高透过、高导电的石墨烯材料为研究对象，系统地研究了石墨烯透明薄膜的制备与特性，获得良好的热稳定性、高迁移率和层数可控的石墨烯，开发了石墨烯应用于CdTe太阳电池透明电极的工艺与集成。（2）采用石墨烯复合金属纳米线制备CdTe薄膜电池的背接触，利用石墨烯的高功函数（~5eV），铜纳米线与CdTe层的低维复合获得稳定的高掺杂金属替位界面，从而获得有效的隧穿电荷过渡层，提高了吸收层的电荷迁移率和背接触的电荷收集能力。（3）通过复合宽禁带减反膜技术的基础研究，光吸收达到98%，实现可见光全光谱吸收。（4） 开发非真空法ZnO基高阻层应用于CdTe电池窗口区，进一步优化电池的能带结构，以及增加窗口区电子的迁移率，增强光透过能力。通过本项目的实施，采用全新的高迁移率功能薄膜，集成出高效CdTe薄膜太阳能电池，研制CdTe电池转换效率达到13.5%，接近目标14%，申请5项发明专利，发表SCI 文章6篇,培养3名博士（其中2人毕业），一名硕士（已毕业）。在国家基金委自然基金的资助下，进一步完善了太阳电池实验室的平台，提升了平台的服务与研发能力。