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CdTe多晶薄膜太阳电池是目前重点发展的高效率、低成本、长寿命薄膜太阳电池之一。对太阳电池进行器件物理研究,是发展高效率CdTe太阳电池的一个重要方面。本文研究了ZnTe:Cu背接触层的制备工艺对薄膜结构、性质的影响,探讨了Cu原子在薄膜中的行为。在此基础上制备了CdTe太阳电池,进一步研究各种参数与CdTe太阳电池器件物理的关系;然后以实验测量为基础使用SCAPS软件模拟计算了CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池的器件特性,分析了各种影响电池性能的因素,为进一步提高电池转换效率提供了参考。ZnTe:Cu多晶薄膜的XAFS结果及各种光学、电学性质表征表明:ZnTe:Cu多晶薄膜中存在着与Cu原子相关的ZnTe立方相←→六方相结构转变,并伴随着Te-Cu相的形成,Cu原子的配位数随薄膜掺铜浓度、退火温度的改变而基本不变。Cu原子浓度不同,进入ZnTe晶格导致的晶格畸变程度不同以及Cu原子在不同温度退火后表现的不同化学价态和它对薄膜中ZnTe晶格的影响是引起这种结构相变的原因。正是这种结构相变导致了高掺杂浓度ZnTe薄膜的光能隙收缩,光能隙随退火温度升高由2.07eV增大到2.15eV,迁移率在0.03～0.39 cm2/V·Sec范围内波动变化,薄膜电导率-温度曲线出现反常现象。CdTe太阳电池的器件特性测试结果显示:电池开路电压Voc随ZnTe:Cu薄膜的退火温度升高而单调增加;退火温度过高(>200℃)和过低(180℃),都会使短路电流Isc下降;使用背接触层有效改善了电池背电极与CdTe多晶薄膜的接触特性,减小了串联电阻;载流子浓度随退火温度升高由1015 cm-3量级降低到1014 cm-3量级;二极管理想因子A随温度降低而增大,与室温时相比,220K的反向暗饱和电流密度J0降低了一个数量级;电容随光强的变化与器件各层薄膜中的深能级有关;正向偏压较大时,电池电容随温度升高而减小;C-V曲线随频率变化而出现的单双峰变化与器件中相邻膜层的界面态有关,使用p-n结电容形成机制解释了电容随频率升高而减小的现象。分析SCAPS软件模拟的不同结构、背接触势垒高度、CdS和CdTe层掺杂浓度,以及不同频率和温度下的CdS /CdTe太阳电池I-V、C-V特性曲线,发现:有ZnTe:Cu背接触层的CdTe太阳电池, roll-over现象程度降低;背接触势垒增加到0.47eV时,J-V曲线产生roll-over现象,且饱和电流密度值随背接触势垒的增大而降低;背接触势垒高度达到0.42eV以上时,C-V特性曲线表现为双峰;当温度升高到380K时,J-V曲线不再出现roll-over现象,C-V曲线中高压端峰消失;CdTe有效掺杂浓度随吸收层掺杂浓度的增加而增大。使用双二极管模型解释了上述现象。因此,改善电池的背接触特性,降低背接触势垒高度,提高CdTe层掺杂浓度是提高CdTe太阳电池转换效率的有效途径。