CdS／CdTe异质结太阳电池极限效率的计算.PDF

2003年 l0月 重庆 大 学 学报 Oct．20o3 第26卷第l0期 Journal of Chongqing University Vo1．26 No．10 文章编号：1000-582X(2003)l0—0034—05 CdS／CdTe异质结太阳电池极限效率的计算 郭 江 ，王 万 录 ，刘 高斌 ，冯 良桓4 (1．重庆大学数理学院，重庆 4OOO44；2．成都理工大学信息工程学院，四川 成都 610059； 3．重庆大学光电技术与系统教育部重点实验室，重庆 400044；4．四川大学材料科学系，四川成都 610064) 摘 要：讨论了CdS／CdTe异质结的电流电压特性，研究了CdS／CdTe太阳电池在 AM1．5太阳光谱 辐射下的转换效率，给出了不计所有损失的理想极限情况下，其电池转换效率可达27％。同时讨论了 考虑部分材料参数影响的条件下，实际CdS／CdTe太阳电池的转换效率，在所选定的参数下为23％，从 近期实际制备的CdS／CdTe太阳电池的进展，以及较为合理的理论推论和分析来看，此效率将有可能 达到。 关键词：Cds／CdTe异质结太阳电池；光生电流；转换效率 中图分类号：TKS14；0484．5 文献标识码：A 近来在研究开发新能源的领域，光伏市场发展非常 1 CdS／CdTe异质结的电流电压特性 迅速。世界主要几大公司宣称近期光伏组件产量将会增 加到263．5 MW，其中薄膜太阳电池将到达91．5 MW…。 CdS／CdTe形成的异质结能带结构如图1所示。 世界著名太阳能专家施密特教授曾说：”太阳能将在 其中cdTe和CdS的禁带宽度分别为E =1．45 eV， 2l世纪中取代原子能作为世界性能源，唯一的问题是 E =2．42 eV；电子亲和势分别为 l=4．28-4．50 eV， 2=4．00—4．79 eV -si 在2030年实现还是在2050年实现 。”所以，发展低 。 相对介电常数分别为：s = 成本的多晶薄膜太阳电池有望解决日益严重的能源危 10．9，s =8．9；电子和空穴有效质量分别为m二= 机。而CdS／CdTe薄膜太阳电池是最好的候选者。它 0．11 mo，m二=0．2 mo；CdTe中电子迁移率为 l= 一 般是用rl型CdS作为窗口层材料，P型CdTe作为吸 600 cm ／v．s[ 】。 中电子 散长度 l=0．7 [s。。 收体。由于CdTe具有直接带隙结构，对于波长小于 受主、施主浓度 ，ⅣD依据实验中制备的相关薄膜的 实验值 ’ 选定为 =1×10 ’cm 和No=1．4× 吸收限的光具有较大的吸收系数，仅 1 厚的CdTe 便可吸收能量大于CdTe禁带宽度的99％的人射光， 10 ’Cm～；费米能级为E，1一E，l=／,tin[2(21r，，l0- 从而降低了对扩散长度的要求。人们预计其理论转换 ) ／2(m二T／m,)3／2／ ]=0．102 eV，Ec2一EJF2= 效率可达27％…。另外，它还是一种稳定的可大面 kTln[2(21r‰k／h2) (m三 m0) ／ⅣD] 。 = 积低成本生产的太阳电池，其价格仅为非晶硅太阳电 0．071 67 eV(T取室温300 K)。 设CdS／CdTe组成突变异质结，在耗尽近似下求 池的一半，在光伏科技界有极大的吸引力，在地面太阳