从制备工艺到量子效率：双维度解析超薄碲化镉（CdTe）太阳能电池性能

碲化镉（CdTe）吸收层是太阳能电池的核心部件，其晶体结构直接影响载流子浓度与寿命，进而决定电池的开路电压（Voc）和短路电流密度（Jsc）。因此，吸收层质量对电池效率至关重要。美能QE量子效率测试仪可用于精确测量薄膜性能，帮助优化界面工程和背接触设计，从而提升电池的量子效率和整体性能。

真空蒸发法

Millennial Solar

(a)具有CdS/CdTe和SnO2/CdTe结的吸收层的量子效率（EQE）曲线对比；（b）电流-电压（J-V）曲线对比

真空蒸发法通过高真空低温（<200°C）沉积实现CdTe薄膜的精确控制，具有成本低、基底兼容性强等优势。该方法已成功用于制备1.5 μm厚的CdSeTe/CdTe复合吸收层。通过硒化处理形成Se梯度分布，可显著提升长波长光谱响应（Jsc达26mA/cm²），但Se掺杂会导致带隙降低，需权衡其对Voc和填充因子（FF）的负面影响。

溅射法

Millennial Solar

射频溅射原理图

溅射法通过Ar+轰击靶材实现低温沉积（<400°C），其高致密度与厚度可控性使其成为超薄CdTe太阳能电池（吸收层<1 μm）制备的有效方法。

不同厚度的CdTe吸收层的电流-电压（J-V）曲线

通过优化磁控溅射工艺及CdCl2退火处理，研究者成功制备出0.25–1.0 μm厚的CdTe层，效率最高达12%（优化后0.5 μm层效率11%）。SEM分析显示，薄膜呈现无孔洞/裂纹的柱状晶结构。然而，低温沉积会导致晶粒尺寸偏小（数十至数百纳米），需通过基底加热和CdCl2高温退火促进晶粒再结晶以提升性能。

近距离升华（CSS）法

Millennial Solar

近距离升华原理图

近距离升华法（CSS）通过高温升华-再沉积制备高结晶度CdTe薄膜，但超薄层（<1 μm）的厚度控制较难，易导致孔洞缺陷，限制效率（如0.5 μm层仅4.7%）。

不同溅射时间下，Cu分布剖面

通过工艺优化（如CuxByOz/Au背接触层设计），750 nm厚层的效率可提升至13.2%。与溅射法相比，CSS法制备的薄膜晶粒较大，但表面多孔且富碲；而溅射法制备的薄膜更致密且富镉。

气相传输沉积（VTD）法

Millennial Solar

气相传输沉积（VTD）法

气相输运沉积（VTD）法与CSS法原理相似，但VTD法利用载气传输源材料。在沉积过程中，源材料被加热升华成气相，在载气的携带下进入沉积室并沉积在基板上。VTD法适用于工业化生产，但设备要求高，技术壁垒较高。

VTD法制备电池的性能参数

在超薄CdTe太阳能电池制备方面，VTD法已有应用。例如，2008年研究人员利用该方法制备出吸收层厚度仅为0.8 μm的超薄CdTe吸收层，效率达8%。当CdTe厚度从3 μm减薄到1 μm时，量子效率下降幅度较小，同时透射率增加。然而，VTD技术属于高温沉积过程（温度高于500°C），对设备要求极高。

金属有机化学气相沉积（MOCVD）法

Millennial Solar

目前，多数 CdTe 薄膜采用物理气相沉积方法制备，难以保证薄膜的均匀性，容易出现针孔等缺陷。金属有机化学气相沉积（MOCVD）法则具有独特优势，它能够在沉积过程中精确控制薄膜厚度，制备出高质量的薄膜，非常适合用于沉积超薄薄膜。

MOCVD法沉积不同CdTe厚度的(a) CdS/CdTe和(b) CdZnS/CdTe太阳能电池EQE曲线

研究人员通过 MOCVD 法对不同厚度吸收层的CdS/CdTe电池性能进行研究，发现对基板进行彻底清洗可以减少针孔的出现。而且，吸收层厚度的减小对串联电阻（Rs）影响较小，在吸收层厚度仅为0.2μm时，仍能实现4%的效率。此外，通过采用 CdZnS 替代传统的 CdS 窗口层，能够提高电池的短波响应，进一步提升电池性能。

溶液法

Millennial Solar

溶液法通过低温烧结CdTe纳米晶实现超薄吸收层（500–600 nm）制备，具有低成本、易规模化及均匀性等优势，效率最高达12%（500nm层）。与其他方法相比，溶液法与溅射、CSS法同属高效路径，在建筑光伏半透明应用中展现独特潜力。未来需通过纳米晶合成与烧结工艺优化，平衡效率与工业化需求。

不同制备方法对比

Millennial Solar

目前，CdTe太阳能电池制备方法呈现多样化研究态势。真空蒸发、溅射等低温沉积方法在精确控制薄膜厚度和成本方面具有优势，而近距离升华、气相输运沉积等高温沉积方法则在薄膜质量和效率提升上表现出色。溶液法作为新兴的低成本制备方法，展现出巨大潜力，尤其是在建筑光伏半透明应用中。

美能QE量子效率测试仪

Millennial Solar

美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应，并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。

兼容所有太阳能电池类型，满足多种测试需求

光谱范围可达300-2500nm，并提供特殊化定制

氙灯+卤素灯双光源结构，保证光源稳定性

美能QE量子效率测试仪在超薄CdTe薄膜太阳能电池研究中发挥重要作用，可帮助优化材料和工艺，提升电池性能。未来研究需进一步平衡效率、成本与工业化需求，推动超薄CdTe技术的实际应用。

原文参考：Research on ultra-thin cadmium telluride heterojunction thin film solar cells

*特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。