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磁控溅射Cl掺杂CdTe薄膜的孪晶结构与电学性质

朱子尧 刘向鑫 蒋复国 张跃

磁控溅射Cl掺杂CdTe薄膜的孪晶结构与电学性质

朱子尧, 刘向鑫, 蒋复国, 张跃
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  • CdTe用作薄膜太阳能电池吸收层需要经过氯处理才能得到高的光电转换效率,其中Cl 原子的作用机理仍然没有完全被理解. 实验发现Cl原子主要偏聚在CdTe晶界处,对晶界有钝化作用,而有第一性原理计算认为Cl原子掺入CdTe晶格能够引入浅能级提高光电转换效率. 为了验证Cl原子掺杂是否对CdTe的光电转换效率有益,本文通过磁控溅射制备了100 ppm(ppm = 1/1000000) Cl原子掺杂的CdTe(CdTe:Cl) 薄膜并研究了薄膜的晶体结构与电学性质,同时对比了正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜与CdTe:Cl薄膜之间的性质区别. 实验发现Cl原子掺杂会在CdTe:Cl中形成大量仅由几个原子层构成的孪晶,电子和空穴在CdTe:Cl薄膜中没有分离的传导通道,而在氯处理后的CdTe薄膜中电子沿晶界传导,空穴沿晶粒内部传导. 磁控溅射沉积的CdTe:Cl 多晶薄膜属于高阻材料,退火前载流子迁移率很低,退火后载流子浓度降低到本征数量级,电阻率提高. CdTe:Cl薄膜电池效率远低于正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜电池效率. 磁控溅射制备的非平衡重掺杂CdTe:Cl多晶薄膜不适合用作薄膜太阳能电池的吸收层.
      通信作者: 刘向鑫, shinelu@mail.iee.ac.cn;zhangy@buaa.edu.cn ; 张跃, shinelu@mail.iee.ac.cn;zhangy@buaa.edu.cn
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号:2015AA050609)、国家自然科学基金(批准号:61274060)和中国科学院创新交叉团队项目资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-01
  • 修回日期:  2017-01-18
  • 刊出日期:  2017-04-05

磁控溅射Cl掺杂CdTe薄膜的孪晶结构与电学性质

    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划(批准号:2015AA050609)、国家自然科学基金(批准号:61274060)和中国科学院创新交叉团队项目资助的课题.

摘要: CdTe用作薄膜太阳能电池吸收层需要经过氯处理才能得到高的光电转换效率,其中Cl 原子的作用机理仍然没有完全被理解. 实验发现Cl原子主要偏聚在CdTe晶界处,对晶界有钝化作用,而有第一性原理计算认为Cl原子掺入CdTe晶格能够引入浅能级提高光电转换效率. 为了验证Cl原子掺杂是否对CdTe的光电转换效率有益,本文通过磁控溅射制备了100 ppm(ppm = 1/1000000) Cl原子掺杂的CdTe(CdTe:Cl) 薄膜并研究了薄膜的晶体结构与电学性质,同时对比了正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜与CdTe:Cl薄膜之间的性质区别. 实验发现Cl原子掺杂会在CdTe:Cl中形成大量仅由几个原子层构成的孪晶,电子和空穴在CdTe:Cl薄膜中没有分离的传导通道,而在氯处理后的CdTe薄膜中电子沿晶界传导,空穴沿晶粒内部传导. 磁控溅射沉积的CdTe:Cl 多晶薄膜属于高阻材料,退火前载流子迁移率很低,退火后载流子浓度降低到本征数量级,电阻率提高. CdTe:Cl薄膜电池效率远低于正常氯处理的无掺杂CdTe薄膜电池效率. 磁控溅射制备的非平衡重掺杂CdTe:Cl多晶薄膜不适合用作薄膜太阳能电池的吸收层.

English Abstract

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