碲化鎘（CdTe）吸收層是太陽(yáng)能電池的核心部件，其晶體結(jié)構(gòu)直接影響載流子濃度與壽命，進(jìn)而決定電池的開(kāi)路電壓（Voc）和短路電流密度（Jsc）。因此，吸收層質(zhì)量對(duì)電池效率至關(guān)重要。美能QE量子效率測(cè)試儀可用于精確測(cè)量薄膜性能，幫助優(yōu)化界面工程和背接觸設(shè)計(jì)，從而提升電池的量子效率和整體性能。

真空蒸發(fā)法

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(a)具有CdS/CdTe和SnO2/CdTe結(jié)的吸收層的量子效率（EQE）曲線對(duì)比；（b）電流-電壓（J-V）曲線對(duì)比

真空蒸發(fā)法通過(guò)高真空低溫（<200°C）沉積實(shí)現(xiàn)CdTe薄膜的精確控制，具有成本低、基底兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。該方法已成功用于制備1.5 μm厚的CdSeTe/CdTe復(fù)合吸收層。通過(guò)硒化處理形成Se梯度分布，可顯著提升長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜響應(yīng)（Jsc達(dá)26mA/cm2），但Se摻雜會(huì)導(dǎo)致帶隙降低，需權(quán)衡其對(duì)Voc和填充因子（FF）的負(fù)面影響。

濺射法

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射頻濺射原理圖

濺射法通過(guò)Ar+轟擊靶材實(shí)現(xiàn)低溫沉積（<400°C），其高致密度與厚度可控性使其成為超薄CdTe太陽(yáng)能電池（吸收層<1 μm）制備的有效方法。

不同厚度的CdTe吸收層的電流-電壓（J-V）曲線

通過(guò)優(yōu)化磁控濺射工藝及CdCl2退火處理，研究者成功制備出0.25–1.0 μm厚的CdTe層，效率最高達(dá)12%（優(yōu)化后0.5 μm層效率11%）。SEM分析顯示，薄膜呈現(xiàn)無(wú)孔洞/裂紋的柱狀晶結(jié)構(gòu)。然而，低溫沉積會(huì)導(dǎo)致晶粒尺寸偏小（數(shù)十至數(shù)百納米），需通過(guò)基底加熱和CdCl2高溫退火促進(jìn)晶粒再結(jié)晶以提升性能。

近距離升華（CSS）法

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近距離升華原理圖

近距離升華法（CSS）通過(guò)高溫升華-再沉積制備高結(jié)晶度CdTe薄膜，但超薄層（<1 μm）的厚度控制較難，易導(dǎo)致孔洞缺陷，限制效率（如0.5 μm層僅4.7%）。

不同濺射時(shí)間下，Cu分布剖面

通過(guò)工藝優(yōu)化（如CuxByOz/Au背接觸層設(shè)計(jì)），750 nm厚層的效率可提升至13.2%。與濺射法相比，CSS法制備的薄膜晶粒較大，但表面多孔且富碲；而濺射法制備的薄膜更致密且富鎘。

氣相傳輸沉積（VTD）法

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氣相傳輸沉積（VTD）法

氣相輸運(yùn)沉積（VTD）法與CSS法原理相似，但VTD法利用載氣傳輸源材料。在沉積過(guò)程中，源材料被加熱升華成氣相，在載氣的攜帶下進(jìn)入沉積室并沉積在基板上。VTD法適用于工業(yè)化生產(chǎn)，但設(shè)備要求高，技術(shù)壁壘較高。

VTD法制備電池的性能參數(shù)

在超薄CdTe太陽(yáng)能電池制備方面，VTD法已有應(yīng)用。例如，2008年研究人員利用該方法制備出吸收層厚度僅為0.8 μm的超薄CdTe吸收層，效率達(dá)8%。當(dāng)CdTe厚度從3 μm減薄到1 μm時(shí)，量子效率下降幅度較小，同時(shí)透射率增加。然而，VTD技術(shù)屬于高溫沉積過(guò)程（溫度高于500°C），對(duì)設(shè)備要求極高。

金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法

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目前，多數(shù) CdTe 薄膜采用物理氣相沉積方法制備，難以保證薄膜的均勻性，容易出現(xiàn)針孔等缺陷。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法則具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，它能夠在沉積過(guò)程中精確控制薄膜厚度，制備出高質(zhì)量的薄膜，非常適合用于沉積超薄薄膜。

MOCVD法沉積不同CdTe厚度的(a) CdS/CdTe和(b) CdZnS/CdTe太陽(yáng)能電池EQE曲線

研究人員通過(guò) MOCVD 法對(duì)不同厚度吸收層的CdS/CdTe電池性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)基板進(jìn)行徹底清洗可以減少針孔的出現(xiàn)。而且，吸收層厚度的減小對(duì)串聯(lián)電阻（Rs）影響較小，在吸收層厚度僅為0.2μm時(shí)，仍能實(shí)現(xiàn)4%的效率。此外，通過(guò)采用 CdZnS 替代傳統(tǒng)的 CdS 窗口層，能夠提高電池的短波響應(yīng)，進(jìn)一步提升電池性能。

溶液法

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溶液法通過(guò)低溫?zé)Y(jié)CdTe納米晶實(shí)現(xiàn)超薄吸收層（500–600 nm）制備，具有低成本、易規(guī)模化及均勻性等優(yōu)勢(shì)，效率最高達(dá)12%（500nm層）。與其他方法相比，溶液法與濺射、CSS法同屬高效路徑，在建筑光伏半透明應(yīng)用中展現(xiàn)獨(dú)特潛力。未來(lái)需通過(guò)納米晶合成與燒結(jié)工藝優(yōu)化，平衡效率與工業(yè)化需求。

不同制備方法對(duì)比

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目前，CdTe太陽(yáng)能電池制備方法呈現(xiàn)多樣化研究態(tài)勢(shì)。真空蒸發(fā)、濺射等低溫沉積方法在精確控制薄膜厚度和成本方面具有優(yōu)勢(shì)，而近距離升華、氣相輸運(yùn)沉積等高溫沉積方法則在薄膜質(zhì)量和效率提升上表現(xiàn)出色。溶液法作為新興的低成本制備方法，展現(xiàn)出巨大潛力，尤其是在建筑光伏半透明應(yīng)用中。

美能QE量子效率測(cè)試儀

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美能QE量子效率測(cè)試儀可以用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)，并通過(guò)其量子效率來(lái)診斷太陽(yáng)能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問(wèn)題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測(cè)量范圍、測(cè)試的準(zhǔn)確性和可追溯性等優(yōu)勢(shì)。

兼容所有太陽(yáng)能電池類型，滿足多種測(cè)試需求

光譜范圍可達(dá)300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)?/span>雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

美能QE量子效率測(cè)試儀在超薄CdTe薄膜太陽(yáng)能電池研究中發(fā)揮重要作用，可幫助優(yōu)化材料和工藝，提升電池性能。未來(lái)研究需進(jìn)一步平衡效率、成本與工業(yè)化需求，推動(dòng)超薄CdTe技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

原文參考：Research on ultra-thin cadmium telluride heterojunction thin film solar cells

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