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- 1 -

Te 背接触层对 CdTe 光伏器件性能的影响

宋慧瑾

，郑家贵

，冯良桓

，夏庚培

，王文武

，贺剑雄

，李愿杰

，鄢强

1 四川大学材料科学与工程学院，成都（610064）

2 核工业西南物理研究院，成都（610041）

E-mail：zjgcd@sohu.com

摘要：本文研究了由共蒸发制备出的 CuTe 多晶薄膜的性能及其对 CdTe 光伏器件性能的

影响。研究表明，刚沉积的 CuTe 薄膜为非晶相，退火后，随着退火温度的升高，不同配比

的样品有着不同程度的物相转变，其中 Cu/Te 为 1：1.44 的薄膜多晶转变最为明显，结晶度

较高。以 CuTe 结构为主相的 Cu

Te 薄膜作为背接触层电池，性能改善不显著，转换效率随

膜厚的增加呈递减趋势；以 Cu

1.44

Te 结构为主相的 Cu

Te 薄膜作为背接触电池，效率有极大

提升，在膜厚 40 nm 处电池呈现最高转换效率；Cu

Te 的出现相对于 Cu

1.44

Te 为背接触主相

的电池，器件性能略有下降，但优于 CuTe 为背接触主相的电池。

关键词：Cu

Te，背接触层，退火，CdTe 光伏器件

中图分类号：O484 文献标识码：A

0．引言

CdTe 太阳电池以其高效、低成本、便于大面积生产而成为当今最具前景的薄膜太阳电

池之一。近几年来对 CdTe 太阳电池的研究取得了引人注目的进展

[1.2]

。其中一个主要的方向

就是改进电池的背接触。但由于 CdTe 的电子亲和势为 4.3eV，在室温下能隙约为 1.5eV。通

常使用的高功函数导电材料，如 Au、Ni、C 等，仍难以和 p-CdTe 形成很好的欧姆接触

[3]

。

这成为目前实际制备的 CdTe 太阳电池的几个主要性能参数短路电流、开路电压、填充因子

和转换效率与理论预期值相比，有较大差距的主要原因之一。

由于 Cu 能够替代 CdTe 中的 Cd 原子形成 Cu

替位缺陷，使其作为受主杂质增加 p-CdTe

的掺杂浓度

[4]

，并且它能够有效地改善 CdTe 层与背电极间的接触以形成准欧姆接触，因此

被广泛用于制备高效的 CdTe 太阳电池中。目前 CdTe 电池的背接触材料中，大部分含有铜

或铜的化合物，如 Cu、Cu

Te、ZnTe:Cu 等。但研究发现 Cu 在背接触层中含量过多将会导

致整个电池性能的衰退

[5]

，因而有效控制 Cu 含量是制备这类背接触的关键。

本文选用 Cu

Te 薄膜作为 CdS/CdTe 太阳电池的背接触层，这样有利于控制 Cu 含量，

并通过合适的后处理温度以控制 Cu

Te 结构。实验中发现 Cu 与 Te 所形成的化合物很复杂，

其中有 CuTe、Cu

1.4

Te、Cu

Te 等，而背接触效果的好坏与 Cu

Te 结构有着密切的关系，且 x

组分不同得到的背接触效果也不同，因此有必要对此进行系统的研究。但有关报道很少。为

此我们进行了大量的实验研究工作。

1. 实验

1.1 CdTe 光伏器件的制备

基金项目：高等学校博士点基金（No.20050610024）。

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衬底为具有 SnO

: F 的透明导电膜玻璃。CdS 薄膜用化学池沉积(CBD)，CdTe 薄膜用近

空间升华法沉积(CSS)。Te 和 Cu 薄膜用自己设计和制造的双源共蒸发系统沉积。系统中有

工件转动装置，以提高放在其上的衬底成膜的均匀性。两个源分别为 Te 和 Cu。它们的沉积

速率和累积厚度分别独立地各用一个石英晶体测厚仪作在线测试。Te/Cu 层的后处理是在氮

气保护下的暗场退火。太阳电池的背电极 Ni 膜，用电子束蒸发法来制备。详细的制备和后

处理方法，见文献

－

。

1.2 样品表征

采用丹东射线仪器集团公司生产的 DX-2600 型自动 X 射线衍射仪来进行 Cu

Te 薄膜的

XRD 测试，扫描范围（2θ）10～90

，扫描速度 0.06

/s。使用 Cu 靶 K

线，波长 0.154184 nm。

光照 I-V 输出特性使用西安交通大学研制的 XJCM-8 solar cell tester 测试。

2. 结构与分析

2.1 CuTe 多晶薄膜性能分析

错误！未找到引用源。为刚沉积的 Cu

Te 薄膜的 XRD 曲线，发现 Cu、Te 配比较低

（Cu/Te=1）时薄膜显现出立方的 CuTe（标注“A”）和正交的 Cu

1.4

Te（标注“B”）两种晶相

结构，这表明在沉积薄膜的过程中，Cu、Te 已发生反应，形成了不同结构的 Cu-Te 合金；

但在 20～30 度之间有一显著的非晶包，说明仍存在部分非晶成分，这可能是由于沉积的过

程中薄膜在形成固溶体 CuTe、Cu

1.4

Te 多晶结构的同时，存在多余的 Te，且这部分多余的

Te 呈非晶结构。随着 Cu、Te 元素比的增加，薄膜逐渐表现出显著的非晶结构。x 值为 1.44

时，出现 Cu

Te（标注“C”）六方相结构；x 值增大到 1.75 时，CuTe、Cu

1.4

Te 相消失，存在

极少量的 Cu

Te 相；x 值继续增至 2 时，Cu

Te 衍射峰变得非常弱，出现明显的类似于非晶

的“馒头”峰，表明此时薄膜主要呈非晶结构。

20 40 60 80

x=2

x=1.75

x=1.44

A— CuTe

— Cu

1.4

— Cu

Intensity/(a.u.)

2θ / (°)

x=1

图1 Cu

Te 薄膜退火前的 XRD 谱

Fig.1 the XRD of Cu

Te thin films before

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