Name: 近空间升升-沉积超薄CDSeTe/CdTe太阳能电池，增强短路电流密度和光致发光 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-03-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: 了解近空间升华沉积技术制备超薄CdSeTe/CdTe太阳能电池的方法，通过自动化真空系统实现高效可重复的光伏器件制造，提升短路电流密度和光电转换效率。

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作者谨此感谢 W.S. Sampath 教授提供其沉积系统，Kevan Cameron 提供系统支持，Amit Munshi 博士在较厚双层电池方面的研究工作以及在线全自动 CSS 真空沉积系统的补充影像资料，以及 Darius Kuciauskas 博士在 TRPL 测量方面的协助。本研究工作由美国能源部能源效率与可再生能源办公室（EERE）太阳能技术办公室（SETO）资助，协议编号为 DE-EE0007543。

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<li>Swanson, D. E., Sites, J. R., Sampath, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-sublimation+of+CdSexTe1-x+layers+for+CdTe+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+%26+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Co-sublimation of CdSexTe1-x layers for CdTe solar cells.</a> Solar Energy Materials & Solar Cells. 159, 389-394 (2017).</li>
<li>McCandless, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+Carrier+Concentration+Limits+in+Polycrystalline+CdTe+Thin+Films+with+In+Situ+Doping%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Overcoming Carrier Concentration Limits in Polycrystalline CdTe Thin Films with In Situ Doping.</a> Scientific Reports. 8, 14519(2018).</li>
<li>Romeo, N., Bossio, A., Rosa, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+back+contact+in+CdTe%2FCdS+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+ISES+Solar+World+Congress+2017%22%5BJournal%5D)">The back contact in CdTe/CdS thin film solar cells.</a> Proceedings ISES Solar World Congress 2017. , Abu Dhabi, UAE. (2017).</li>
<li>Munshi, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdSexTe1-x%2FCdTe+graded+absorber+films+with+arsenic+for+thin+film+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+46th+IEEE+PVSC%22%5BJournal%5D)">Doping CdSexTe1-x/CdTe graded absorber films with arsenic for thin film photovoltaics.</a> Proceedings of 46th IEEE PVSC. , Chicago, IL. (2019).</li>
<li>Danielson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Doping+CdTe+Absorber+Cells+using+Group+V+Elements%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+WCPEC-7%22%5BJournal%5D)">Doping CdTe Absorber Cells using Group V Elements.</a> Proceedings of WCPEC-7. , Waikoloa, HI. (2018).</li>
<li>Hsiao, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electron+Reflector+Strategy+for+CdTe+Thin+film+Solar+Cells%22">Electron Reflector Strategy for CdTe Thin film Solar Cells</a>. , Colorado State University. Doctoral dissertation (2010).</li>
<li>Swanson, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Incorporation+of+Cd1-xMgxTe+as+an+electron+reflector+for+cadmium+telluride+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+MRS+Spring+Meeting+and+Exhibit%22%5BJournal%5D)">Incorporation of Cd1-xMgxTe as an electron reflector for cadmium telluride photovoltaic cells.</a> Proceedings of MRS Spring Meeting and Exhibit. , San Francisco, CA. (2015).</li>
<li>Wendt, R., Fischer, A., Grecu, D., Compaan, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+CdTe+solar+cell+performance+with+discharge+control+during+film+deposition+by+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Improvement of CdTe solar cell performance with discharge control during film deposition by magnetron sputtering.</a> Journal of Applied Physics. 84 (5), 2920-2925 (1998).</li>
<li>Sudharsanan, R., Rohatgi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+metalorganic+chemical+vapor+deposition+grown+CdTe%2FCdS+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Investigation of metalorganic chemical vapor deposition grown CdTe/CdS solar cells.</a> Solar Cells. 31 (2), 143-150 (1991).</li>
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作者无任何利益冲突需要披露。

与CdTe器件相比，薄双层CdSeTe/CdTe光伏器件由于材料质量更优以及电流收集能力增强，表现出更高的转换效率。此前已在厚度超过3 μm的双层吸收层中实现了这种效率提升5,7；如今在优化制备条件后，即使在更薄的1.5-μm双层吸收层中，同样实现了效率的提高。
薄双层吸收层制备工艺的优化基于三个主要改进：衬底预热温度、CdSeTe与CdTe的厚度比例以及CdCl2钝化处理。为了实现CdSeTe的正常升华，衬底预热温度应约为540 °C，而CdTe升华所需的预热温度约为480 °C，这一差异通过调节衬底在预热源中的停留时间来实现。为防止器件中产生接触势垒，同时保持较高的开路电压（VOC），研究发现，在薄双层器件中，0.5 μm CdSeTe与1.0 μm CdTe的厚度比为最优比例，如图6所示。双层吸收层的CdCl2处理对于晶界钝化以及促进晶...

全球能源需求正在迅速增长，2018年的增长率达到过去十年中最快的水平（2.3%）1。随着人们对气候变化以及化石燃料燃烧影响的认识日益提高，对具有成本竞争力、清洁且可再生的能源的需求已变得十分明确。在众多可再生能源中，太阳能因其总体潜力而尤为突出，到达地球的太阳能总量远远超过全球能源消耗量2。
光伏（PV）器件可将太阳能直接转化为电能，具有良好的可扩展性（例如，个人使用的微型组件和并网太阳能阵列），并适用于多种材料技术。多结和单结单晶砷化镓（GaAs）太阳能电池的光电转换效率分别可达39.2%和35.5%3。然而，这些高效率太阳能电池的制备成本高昂且耗时。多晶碲化镉（CdTe）作为薄膜光伏材料，具有成本低、可大规模快速制备、沉积技术多样以及光吸收系数优异等优势。这些特性使CdTe在大规模制造方面前景广阔，其效率的不断提升也使其在成本上能够与目前光伏市场主导的硅基太阳能电池以及化石燃料相竞争4。
近期推动CdTe器件效率提升的一项重要进展，是在吸收层中引入碲化镉硒（CdSeTe）合金材料。将带隙约为1.4 eV的CdSeTe材料集成到1.5 eV的CdTe吸收层中，可降低双层吸收层的前段带隙，从而提高带隙以上的光子比例，进而改善电流收集能力。已有多种制备技术（如近空间升华法、气相输运沉积法和电镀法）成功地将CdSeTe集成到厚度为3 μm或更厚的吸收层中，以提高电流密度5,6,7。双层吸收层器件表现出增强的室温光致发光发射光谱（PL）、时间分辨光致发光（TRPL）和电致发光信号5,8，表明除了电流收集能力提高外，CdSeTe还具有更高的辐射效率和更长的少数载流子寿命，并且CdSeTe/CdTe器件的电压相对于理想值的损失小于纯CdTe器件。这一现象主要归因于硒对体相缺陷的钝化作用9。
关于将CdSeTe引入较薄（≤1.5 μm）CdTe吸收层的研究报道较少。因此，我们研究了通过近空间升华法（CSS）制备的0.5 μm CdSeTe/1.0 μm CdTe双层吸收层器件的特性，以确定在厚双层吸收层中观察到的优势是否同样可在薄双层吸收层中实现。此类CdSeTe/CdTe吸收层的厚度不足较厚吸收层的一半，显著缩短了沉积时间，减少了材料使用量，并降低了制造成本。最后，它们在未来的器件结构发展中具有应用潜力，而这些结构要求吸收层厚度小于2 μm。
在单一自动化在线真空系统中采用闭合空间升华法（CSS）沉积吸收层，相较于其他制备方法具有诸多优势10,11。CSS制备工艺具有更快的沉积速率，可提高器件产出量，并有助于获得更大量的实验数据。此外，本研究中所用CSS系统的单一真空环境可减少吸收层界面潜在的问题。薄膜光伏器件包含多个界面，每个界面都可能成为电子和空穴的复合中心，从而降低器件的整体效率。在单一真空系统中完成CdSeTe、CdTe以及对获得高质量吸收层至关重要的氯化镉（CdCl2）的沉积12,13,14,15,16，有助于形成更优的界面，减少界面缺陷。
科罗拉多州立大学开发的在线自动化真空系统10在可扩展性和可重复性方面也具有优势。例如，沉积参数由用户设定，且沉积过程实现自动化，用户在吸光层制备过程中无需进行调整。尽管该系统用于制备小面积研究用器件，但系统设计可扩展至更大面积的沉积，从而实现从研究级实验到模块级应用之间的衔接。
本方案介绍了用于制备0.5 μm CdSeTe/1.0 μm CdTe薄膜光伏器件的制造方法。作为对比，同时制备了一组1.5 μm CdTe器件。单层与双层吸收层结构在除CdSeTe沉积外的所有工艺步骤中均采用名义上相同的沉积条件。为了表征薄型CdSeTe/CdTe吸收层是否仍保留其较厚对应结构所展现的相同优势，对薄型单层与双层吸收层器件进行了电流密度-电压（J-V）、量子效率（QE）以及光致发光（PL）测量。短路电流密度（J干细胞通过J-V和QE测量，以及CdSeTe/CdTe的PL信号增强 与CdTe 器件表明，通过 CSS 制备的薄型 CdSeTe/CdTe 器件在电流收集、材料质量和器件效率方面表现出显著提升。
尽管本研究重点探讨在 CdTe 光伏器件结构中引入 CdSeTe 合金所带来的优势，但以下将完整描述 CdTe 和 CdSeTe/CdTe 器件的全部制备过程。图 1A,B 分别展示了 CdTe 和 CdSeTe/CdTe 器件的完整结构，均由透明导电氧化物（TCO）涂层玻璃衬底、n 型镁锌氧化物（MgZnO）发射层、p 型 CdTe 或 CdSeTe/CdTe 吸收层（经 CdCl2 处理和铜掺杂处理）、薄 Te 层以及镍背电极组成。除 CSS 吸收层沉积外，单层与双层结构的制备条件完全相同。因此，除非另有说明，每个步骤均同时应用于 CdTe 和 CdSeTe/CdTe 结构。

<table><tbody><tr><td>Alpha Step 表面轮廓仪</td><td>Tencor Instruments</td><td>10-00020</td><td>用于测量薄膜厚度的仪器</td></tr><tr><td>CdCl₂ 材料</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>用于吸光层钝化处理的材料</td></tr><tr><td>CdSeTe 半导体材料</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>用于吸光层的 p 型半导体材料</td></tr><tr><td>CdTe 半导体材料</td><td>5N Plus</td><td>N/A</td><td>用于吸光层的 p 型半导体材料</td></tr><tr><td>CESAR 射频功率发生器</td><td>Advanced Energy</td><td>61300050</td><td>用于 MgZnO 溅射沉积的电源发生器</td></tr><tr><td>CuCl 材料</td><td>Sigma Aldrich</td><td>N/A</td><td>用于吸光层掺杂的材料</td></tr><tr><td>划线材料</td><td>Kramer Industries Inc.</td><td>Melamine Type 3 60-80 mesh</td><td>用于薄膜划界的塑料珠粒材料</td></tr><tr><td>手套箱外壳</td><td>Vaniman Manufacturing Co.</td><td>Problast 3</td><td>用于薄膜划界操作的手套箱装置</td></tr><tr><td>金晶体</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>KJLCRYSTAL6-G10</td><td>用于 Te 蒸发厚度监测的晶体</td></tr><tr><td>HVLP 和标准重力供料喷枪套件</td><td>Husky</td><td>HDK00600SG</td><td>用于 Ni 涂料背电极涂覆的喷枪装置</td></tr><tr><td>MgZnO 溅射靶材</td><td>Plasmaterials, Inc.</td><td>PLA285287489</td><td>n 型发射层材料</td></tr><tr><td>Micro 90 玻璃清洗液</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-18100-05</td><td>用于初始玻璃清洗的溶液</td></tr><tr><td>NSG Tec10 基板</td><td>Pilkington</td><td>N/A</td><td>用于前电极接触的透明导电氧化物玻璃</td></tr><tr><td>Super Shield Ni 导电涂层</td><td>MG Chemicals</td><td>841AR-3.78L</td><td>用于背电极层的导电涂料</td></tr><tr><td>Te 材料</td><td>Sigma Aldrich</td><td>MKBZ5843V</td><td>用于背电极层的材料</td></tr><tr><td>厚度监测仪</td><td>R.D. Mathis Company</td><td>TM-100</td><td>用于编程和监控 Te 蒸发条件的仪器</td></tr><tr><td>稀释剂 1</td><td>MG Chemicals</td><td>4351-1L</td><td>与 Ni 混合用于背电极层的涂料稀释剂</td></tr><tr><td>超声波清洗机 1</td><td>L &amp;amp; R Electronics</td><td>Q28OH</td><td>用于玻璃清洗的超声波清洗机 1</td></tr><tr><td>超声波清洗机 2</td><td>Ultrasonic Clean</td><td>100S</td><td>用于玻璃清洗的超声波清洗机 2</td></tr><tr><td>UV/VIS Lambda 2 光谱仪</td><td>PerkinElmer</td><td>166351</td><td>用于 CdSeTe 薄膜透射率测量的光谱仪</td></tr></tbody></table>

密闭空间升华沉积的超薄cdsete/cdte太阳能电池以增强短路电流密度和光致发光

Close-Space Sublimation-Deposited Ultra-Thin CdSeTe/CdTe Solar Cells for Enhanced Short-Circuit Current Density and Photoluminescence

随着全球能源需求增长和气候变化加剧，光伏器件结构的不断发展对于使太阳能成为一种经济高效且可靠的可再生能源至关重要。薄膜CdTe技术已展现出良好的成本竞争力，并且效率持续提升，这在一定程度上得益于快速的制备速度、材料用量少，以及将CdSeTe合金引入约3 μm厚的吸收层中。本研究介绍了一种采用自动化在线真空沉积系统制备厚度仅为1.5 µm的CdSeTe/CdTe双层薄膜器件的近空间升华法制备工艺。该薄双层结构及制备技术可缩短沉积时间，提高器件效率，并有助于未来基于薄吸收层的器件结构开发。有三个制备参数对优化薄型CdSeTe/CdTe吸收层器件性能影响最为显著：衬底预热温度、CdSeTe与CdTe的厚度比例，以及CdCl2钝化处理。为了实现CdSeTe的有效升华，沉积前衬底温度必须达到约540 °C（高于CdTe所需温度），该温度通过在预热源中的停留时间进行控制。CdSeTe与CdTe厚度比例的变化表明，器件性能对此比例具有强烈依赖性。最佳吸收层厚度为0.5 μm CdSeTe与1.0 μm CdTe；非优化的厚度比例会因背势垒效应而导致效率下降。薄吸收层对CdCl2钝化处理的变化较为敏感；相较于较厚吸收层，采用更温和的CdCl2处理条件（在温度和时间上均较弱）即可获得最佳器件性能。在优化的制备条件下，CdSeTe/CdTe器件的短路电流密度和光致发光强度均优于单吸收层CdTe器件。此外，在线近空间升华真空沉积系统还具备节省材料与时间、易于放大生产，并可实现未来超薄吸收层器件结构的潜力。

在薄 CdTe 吸收层中引入 CdSeTe 可通过提升吸收层材料质量和提高短路电流密度（JSC），从而改善器件效率。图 3A 和 图 3B（改编自 Bothwell 等人8）分别展示了单层 CdTe 吸收层器件与 CdSeTe/CdTe 双层吸收层器件的光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TRPL）结果。PL 和 TRPL 测量结果均明确显示，采用 CdSeTe/CdTe 双层吸收层后，光致发光性能得到显著提升。PL 强度提高了六倍，而 TRPL 衰减尾部寿命（通过对衰减慢组分进行单指数拟合）在双层结构中达到 12.6 ± 0.1 ns，相比之下单层结构仅为 1.6 ± 0.02 ns，表明 CdSeTe 材料质量更优。PL 测量结果还证实了 CdSeTe 层已成功引入吸收层中。PL 峰值强度位置的移动（对应吸收层带隙）从 1.50 eV 变为 1.42 eV，进一步证实了较低带隙的 CdSeTe 材料在吸收层中发挥了作用。
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本研究描述了用于提高效率的薄吸收层碲化镉硒/碲化镉光伏器件的完整制备过程。该过程采用可扩展的自动化在线真空系统，通过近空间升华法进行沉积，适用于小面积科研器件以及大规模组件的制备。

密闭空间升华沉积的超薄CdSeTe/CdTe太阳能电池以增强短路电流密度和光致发光

光伏器件结构的不断进步对于在……背景下使太阳能成为一种经济高效且可靠的可再生能源来源至关重要

在碲化镉吸收层中添加碲化镉硒对提高光伏效率具有重要意义。采用超薄层可实现更高的效率并节省材料，从而推动光伏和可再生能源的发展。自动化在线近空间升华沉积（CSS）的主要优势在于，近空间升华过程快速，且自动化沉积可确保器件间具有良好的重现性。近距离升华法解决了太阳能电池薄膜吸光层沉积过程中的一个难题。该难题在于，薄膜沉积过程可能相当缓慢，而采用近距离升华法能够以更快的速率完成沉积，从而在一天内制造更多的太阳能电池。这种沉积方法对于其他类型的薄膜沉积也非常有用，因为在许多情况下，暴露于大气环境是不可取的。与任何制备系统一样，最初应由有经验的使用者进行指导，这是非常可取的。由于这些双层吸收层光伏器件的制备涉及多个步骤，因此在每个阶段之后对样品进行观察，对于理解所需薄膜的视觉特性至关重要。首先使用手持式气吹器轻轻去除已用永久性记号笔标记的洁净透明导电氧化物涂层基底上的任何灰尘颗粒，然后使用带橡胶尖的镊子将洁净的基底以透明导电氧化物面朝下的方式装载到样品台上。关闭装载锁室门后，对装载锁室抽真空，直至其压力表读数低于5 × 10⁻² 托，然后关闭装载锁室泵。打开装载锁室闸阀，待压力平衡后，手动插入转移臂，使样品位于闭合的阴极快门上方。在计时器上设定所需的沉积时间，并在手动打开快门的同时开始计时。计时器响起后立即关闭快门，并在关闭装载锁门和卸载样品前完全缩回传输臂。为获得氧化锌镁的沉积速率，使用浸有甲醇的棉签从见证样品上清除标记物，并用轮廓仪测量其厚度。对于吸收层的近空间升华，将沉积系统中的上部和下部源设置适当的温差，以实现材料的正常升华。使用手持式气吹器轻轻去除洁净的氧化镁锌和透明导电氧化物涂层衬底上的任何灰尘颗粒，并将洁净的衬底以氧化镁锌面朝下的方式装载到样品支架上。关闭负荷锁门后，打开负荷锁粗抽开关，对负荷锁进行抽真空。在抽真空过程中，设定碲化镉监测样品的沉积程序：在预热源中停留110秒，使玻璃升温至约480摄氏度；在碲化镉源中停留110秒，进行碲化镉沉积；在氯化镉源中停留180秒，对多晶碲化镉进行钝化处理；在退火源中停留240秒，促使氯化镉扩散进入吸收层；最后在冷却源中停留300秒。当装载锁被抽真空至低于 40 毫托时，打开闸阀并在软件中启动沉积程序。传输臂将自动移动至预设位置，并在完成后返回原点。沉积完成后，向装载锁充气至大气压，然后打开装载锁门。当样品冷却至可安全操作时，使用无绒布将其取下。用去离子水冲洗薄膜表面可见的氯化镉残留物，并将其冲洗液收集至带刻度的烧杯中，然后用压缩氮气吹干薄膜。接着使用剃刀刮取少量碲化镉材料脱离基底，并利用表面轮廓仪测量碲化镉薄膜的厚度，以确定沉积速率。当负荷锁压力低于40毫托时，在软件中运行烘烤程序。烘烤完成后，设定硒化镉碲化镉监测样品的沉积程序以确定厚度。在预热源中设置140秒的驻留时间，将玻璃加热至约540摄氏度，在硒化镉碲化镉源中设置300秒进行硒化镉碲化镉沉积，在冷却源中设置300秒。当负荷锁压力降至40毫托以下时，执行沉积程序。硒化镉碲薄膜沉积完成后，使用无尘布取出冷却的样品，并刮除一小部分材料，利用轮廓仪测定硒化镉碲的沉积速率，方法如前所述。为制备1.5微米厚的单层碲化镉吸光层，需根据已测定的碲化镉沉积速率以及先前为超薄吸光层优化的氯化镉处理工艺，设定沉积程序。预热保持时间为110秒，碲化镉保持时间为60秒，氯化镉保持时间为150秒，退火时间为240秒，冷却时间为300秒。当负载锁压力降至40毫托以下时，打开负载锁闸阀并选择启动。程序将自动运行所选的沉积工艺，在冷却步骤完成后返回初始位置。为制备一层0.5微米的硒化镉碲化镉和一层1.0微米的碲化镉双层吸收层，根据吸收层的沉积速率设定沉积程序，预热保温时间为140秒，硒化镉碲化镉保温时间为231秒，碲化镉保温时间为50秒，氯化镉保温时间为150秒，退火时间为240秒，冷却时间为300秒。当负载锁压力降至40毫托以下时，执行沉积程序。程序完成后，待样品冷却，按演示方法取出样品。当上下两个源达到工作温度后，将样品装载到样品托上，并根据为每个位置设定的沉积时间的计时器，依次将传输臂移至预热氯化铜和退火位置。本方案中的铜工艺参数已针对1.5微米器件进行优化。当最后一个计时器结束时，手动将传输臂返回至初始位置，并关闭负荷锁闸阀。对于碲薄膜的蒸发沉积，将样品膜面朝下装载到样品支架上，并关闭腔室顶部。手动将手柄移至粗抽位置。当压力降至10毫托以下时，将手柄转回前级管路位置，并等待约30秒，使可能出现的瞬时压力波动稳定后，再打开高真空阀门。当腔室压力读数稳定后，即已达到 1×10⁻⁵ 托的合适沉积压力。打开电源开关，打开快门，并调高电流控制以开始沉积。当石英晶体监控显示器显示所需的碲膜厚度时，迅速同时将电流调至零，关闭电源开关并关闭快门。在涂覆背电极之前，摇动背电极溶液以确保充分混合。以缓慢的横向移动方式将溶液喷涂在样品表面，从而在样品上形成均匀的镍背电极。待背电极略微干燥后，根据需要重复涂覆多次，直至完全覆盖。为了将薄膜结构制备成可电学接触的器件，将装载有样品的金属掩模放入手套箱中，使用虹吸管将玻璃微珠介质涂覆在样品的非掩模区域。更换第二个掩模重复涂覆操作，使得在完成图形界定后，样品上形成一个5×5排列的25个小型方形器件。然后，用蘸有去离子水的棉签清洁样品的薄膜面。为了在对制备完成的器件进行电学测量时尽量减小横向电阻，使用铟基焊料在器件之间焊接出网格图案。在薄层碲化镉吸收层中添加硒化镉碲，可通过改善吸收层材料质量来提高器件效率，这一点已由更高的光致发光强度和更长的时间分辨光致发光衰减寿命所证实。此外，更高的短路电流密度也有助于实现更高的效率。光电流密度-电压曲线沿电流密度轴向下移动，表明与性能最优的单层碲化镉吸光器件相比，性能最优的双层吸光器件的短路电流密度有所增加。对碲化镉器件以及碲化镉硒/碲化镉器件的量子效率测量结果显示，双层器件在长波长范围具有额外的光子转换能力，进一步证实了该器件短路电流密度的提升。通过比较不同器件的电流密度-电压特性结果，表明优化碲化镉硒与碲化镉的厚度比例具有重要意义。0.5至1.0微米比例和1.25至0.25微米比例的数据表明，后一种非优化器件出现了明显的拐点，并导致光伏效率下降。最重要的是，硒化镉碲化镉与碲化镉之间的厚度比例对器件性能至关重要，应针对每一种双层吸收层厚度进行优化。在此工艺基础上，可在双层结构之上再沉积一层附加材料，用作电子反射层。引入这一层可以最大限度地减少碲化镉基器件中的电压亏损问题。在双层太阳能电池中引入碲硒化镉合金，不仅对太阳能电池有益，还有助于将该合金的特性拓展到其他光伏应用领域。镉化合物可能具有危害性。使用此类化合物并冲洗薄膜残留物时，必须佩戴手套和实验服，并采用适当的程序处理危险废物。

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近空间升升-沉积超薄CDSeTe/CdTe太阳能电池，增强短路电流密度和光致发光

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