1.Cu2S-CdS陶瓷太陽能電池
Cu2S-CdS陶瓷太陽能電池常用燒結-電化學法造。首先將高純CdS研細,放入石英舟,在氮氣中(含氧量<200×10-6)750~780℃預處理3h,注意粉末必須保持金黃色,不能發黑,預處理后在瑪瑙研缽中研細,加適量聚乙烯醇水溶液作為粘合劑,干壓成型,然后燒結。燒結必須在氮氣流中進行,其氧含量應小于1000X10-6,燒結溫度為800℃,保溫5~7h,冷卻至室溫后再去氮氣。
Cu2S-CdS陶瓷工藝流程圖:
原材料處理——壓片——燒成——加負電極——電化學處理——加正電極——裝配
Cu2S-CdS太陽能電池,雖然不如硅太陽能電池,但它的成本低,而輻射能力比硅太陽能電池強。因此在空間技術中已有應用。它的主要缺點是有Cu離子遷移,使Cu離子擴散到CdS中,造成太陽能電池性能不穩定。
Cu2S-CdS太陽能電池的另一個缺點是光電轉換效率不高,其原因之一是:雖然Cu2S和CdS同屬于纖鋅礦型,但Cu2S的c軸長為56nm,而CdS的c軸長為58. 5nm,由于晶格參數的差異,使異質結面存在大量位錯,導致復合率高,以致轉換效率無法提高。近來有人在CdS中固溶一定量的Zn,當組分為Cd0.57Zn0.43S時,可使其晶格參數與Cu2S完全一致,這對提高轉換效率有顯著效果。
2.薄膜Cu2S-CdS太陽能電池
薄膜太陽能電池可以鍍在有機薄膜上,其面積大、體積小、自重輕是太陽能電池的主要形式。
蒸發鍍膜可用真空鍍膜機,也可用電爐。蒸發前要做準備工作,首先要利用陶瓷技術制造CdS燒結體,它的比電阻要控制在0. 5~1. 0Ω·cm,方能適合太陽能電池的要求。另一個準備工作是把基板鍍上導電膜,可以是鋅也可以是透明導電SnO2薄膜。
蒸鍍膜時燒結體CdS放入坩堝中,基板用夾具夾好,放入電爐。蒸發源CdS要保持800~1100℃,低于800℃CdS蒸發慢,析出速度小。高于1100℃CdS析出速度過快,膜的厚度難以控制。基板溫度應控制在250~500℃之間?;鍦囟仍?50℃以下,膜是非晶質的,主要成分是Cd。高于500℃造成膜的再蒸發,而得不到CdS膜。蒸發時的氣氛對于成膜速度也有影響,在氮氣或惰性氣體的氣氛中,成膜速度小,5μm/h以下,膜的電阻高,結晶性不好。在氫或含氫的氣氛中,成膜速度快,為0.3~0.5μm/min,結晶性良好,無針孔。
已經形成的CdS膜,放入CuSO4的溫水溶液中浸泡,或在含銅離子的水溶液中把它當陰極,銅板做陽極,二者之間通以微弱的電流,在CdS表面形成p型Cu2-xS層,并在Cu2-xS表面形成格子狀電極,它作陽極,導電性極板作陰極,就成了太陽能電池?;宀煌该鲿r,太陽光從陽極Cu2-xS處進入,這種太陽能電池稱為前壁式太陽能電池?;逋该鲿r,太陽光可從CdS層進入,這種太陽能電池稱后壁式太陽能電池。
3.CdTe-CdS太陽能電池
CdTe-CdS太陽能電池是一種厚膜型燒結膜電池,它的制造過程如下:首先把CdS制成漿料,用絲網印刷法印刷到玻璃基板上,干燥后,在氮氣氣氛中650℃燒成,這樣可以得到一寬禁寬(2. 4eV)的半導體CdS層,凡能量小于2. 4eV的光子都可以透過CdS膜,所以利用它作光學窗口,使轉換效率提高,這在光電池中有非常重要的意義。
在CdS層上摻Zn的CdTe用作n型襯底,其禁帶寬度Eg=1. 44eV,作為光子吸收層用。接著用浸泡法在CdTe上形成p型CuTe,最后形成p-n結。在Cu2Te層上涂敷銀電極,并在CdS窗口的露出部分涂敷上In-Ga電極,焊上引線,裝配成太陽能電池。