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CdTe电池是目前最为流行的一类薄膜太阳能电池。它具有较高的转换效率，较低的生产成本，发展前景好，成为研究的热点。本文主要研究CdTe电池的制备工艺和物理机理问题，对CdTe电池工业生产中面临的技术问题和挑战提出了自己的见解和方法。通过改进窗口层材料和结构，采用新的背接触制备工艺替代传统的掺铜工艺，制备出了转换效率超过11％的CdTe太阳能电池。主要的结果包括：
1、窗口层CdS薄膜的制备、退火和表征
CdS薄膜是CdTe太阳能电池的窗口层，Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体。本论文采用化学水浴和闭空间升华的方法制备CdS薄膜。闭空间升华(CSS)制备的CdS薄膜成六方结构，结晶质量高，缺陷较少，而化学水浴沉积(CBD)的CdS薄膜晶粒较小，表面粗糙度低于CSS方法，但杂质和缺陷较多。对CBD CdS做退火处理，详细论述了不同气氛和温度下CBD CdS退火的性能变化。其中，氧化性的气氛可以提高CdS表面费米面位置，增大界面能带弯曲程度，有利于电池性能提高。CdCl2辅助退火处理促使CdS发生明显的重结晶，得到了更高质量的CdS薄膜，使得电池转换效率明显提升。
2、基底对CdS薄膜生长的影响
CdS的表面形貌很大程度依赖于基底。但是SnO2：In2O3(ITO)和SnO2：F(FTO)基底对薄膜的结构、光学性能和电学性能影响差别较小，制备出的电池转换效率基本相当。因此，FTO作为一种新兴的TCO材料，且其价格低廉，在CdTe电池应用方面将成为替代ITO薄膜的主力。
3、窗口层CdS薄膜的改进方法
CdS薄膜窗口层吸收了大量短波长的太阳光，限制了CdTe电池光电转换效率的提高。直接减薄CdS，由于薄膜内部晶界和针孔的存在，使得电流旁路增加，局部甚至出现短路点，导致电池效率大幅下降。改善窗口层光学性能是CdTe电池制备工艺中的关键技术之一。
本论文设计了两种结构达到减薄CdS薄膜的效果。第一种方法是采用CSSCdS+CBD CdS双层复合结构。第二种方法是采用双层CBD结构。上层CdS薄膜精细的颗粒可以覆盖住下层薄膜中容易形成电流旁路的晶界区域，使整个CdS薄膜变薄的同时保持均匀致密。从而提高电池光电流，使得电池效率由8.3％提高到10.1％。
4、新型窗口层材料的使用
ZnS层是替代CdS层的较好的窗口层材料。本论文制备的ZnS/CdS复合层结构，ZnS厚度为20nm，CdS厚度为60 nm，经过退火处理，Cd向ZnS层扩散，形成Zn1-xCdxS/CdS结构。它比标准的CdS窗口层有更好的光学透过率，增加了光电流，提高了电池性能，其光电转换效率达到10.3％。
5、CdTe薄膜的制备和表征
闭空间升华(CSS)方法制备的薄膜均匀，致密，颗粒大小一致，没有针孔，结晶状态良好。CdTe层厚度为5μm，晶粒尺寸分布为5-10μm。CdTe成立方结构，各个晶向生长均匀，没有出现明显的优先生长的取向，其带宽为1.5 eV，漫反射光谱显示其吸收边在850 nm附近。
6、CdTe电池的后退火处理研究
CdTe采用CSS方法沉积，然后进行CdCl2辅助退火处理。退火参数得以优化，包括温度和时间等。S和Te的内层电子能谱深度分析显示，CdCl2退火处理促进了CdS和CdTe相互的扩散，减少了界面缺陷，有利于改善电池的电学性能。
7、CdTe/CdS界面分析
CdTe/CdS界面是CdTe电池中最核心的界面，利用X射线光电子谱(XPS)可以分析界面组分和能带结构。计算得到CdTe和CdS异质结能带不连续值，价带不连续值为0.98 eV，导带不连续值为-0.01 eV。较小的导带不连续值说明CdTe和CdS是非常理想的形成异质结的两种材料。
8、CdTe电池背接触研究
背接触势垒是限制CdTe电池转换效率提高的主要原因之一。本论文采用硝酸磷酸(NP)刻蚀的方法在CdTe表面形成了一层富Te层。Cd的空位缺陷，形成了较高P型掺杂的半导体，使得背接触的肖特基势垒宽度变窄，隧穿电流成为电子的主要传输形式，因此改善了电池的输出效果。硝酸醋酸(NA)刻蚀由于使用弱酸作为质子提供酸，反应速率要明显慢于标准NP刻蚀，表面仅生成了不足1 nm厚的Te层。制成的电池“roll-over”现象消失，电池串联电阻减小，填充因子增大到70％，转换效率达到11％，新的刻蚀方法在避免使用铜掺杂的同时，获得了较高质量的欧姆接触。这个结果有利于促使CdTe电池产品在转换效率和使用寿命方面均达到要求。
本论文工作系统的阐述了制备碲化镉太阳能电池的所有必需环节。分析了这些环节中的难点，并且提出了解决方案，完成了实验和理论分析。对一些关键工艺的基础物理问题也做了较为深入的研究和分析。这些工作对将来进一步研究碲化镉电池具有较好的参考价值。