МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ НАНОВОЛОКОН CdS НА ВЛАСТИВОСТІ ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА II ПОКОЛІННЯ
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2024-2-11Ключові слова:
сонячний елемент, фотоелектричні параметри, густина міжфазних станів, нановолоконаАнотація
Робота присвячена дослідженню впливу нановолокон CdS на характеристики тонкоплівкових фотоелектричних перетворювачів другого покоління з гетероструктурою ITO/SnO₂/nw-CdS/CdTe. Проведено моделювання за допомогою програмного забезпечення SCAPS, що дозволило визначити оптимальні параметри структури для досягнення максимальної ефективності. Розглянуто використання шару нановолокон CdS як буферного (віконного) шару, що забезпечує покращені оптичні властивості та підвищує коефіцієнт заповнення й ефективність перетворення. Моделювання показало, що оптимальна товщина поглинаючого шару CdTe складає 3 мкм, буферного шару CdS – 120 нм, а верхнього провідного шару SnO₂ – 40 нм. Для цих параметрів ефективність фотоелектричного перетворювача досягає 13,33%, а фактор заповнення становить 77,39%. Застосування нановолокон CdS сприяє зменшенню рекомбінації носіїв заряду на межі розділу шарів, зменшенню втрат світла через відбиття, а також поліпшенню транспортування носіїв заряду. Внаслідок цього вдалося покращити спектральну реакцію квантової ефективності та знизити вплив дефектів на продуктивність пристрою. Досліджено вплив густини дефектних станів на інтерфейсі nw-CdS/CdTe. Результати показують, що збільшення густини дефектів понад 1012 см-2 призводить до значного зниження напруги холостого ходу, струму короткого замикання та, відповідно, ефективності. Було встановлено, що дефектні стани мають значний вплив на параметри пристрою, тому їх контроль є важливим для підвищення продуктивності. Отримані результати демонструють переваги впровадження нановолокон CdS у тонкоплівкові сонячні елементи на основі гетеропереходу CdS/CdTe. Такий підхід дозволяє досягти високої ефективності та стабільності роботи сонячних елементів, що робить їх перспективними для масштабного виробництва.
Посилання
Wisz G., Nykyruy L., Yakubiv V., Hryhoruk I., Yavorskyi R. Impact of Advanced Research on Development of Renewable Energy Policy: Case of Ukraine. International Journal of Renewable Energy Research 2018. 8(4). P. 2367–2384.
Lee, Taesoo D., and Abasifreke U. Ebong. A review of thin film solar cell technologies and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017. 70. P. 1286–1297.
Green M. A. et al. Solar cell efficiency tables. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2024. Т. 32.(7). P. 425–441.
Hiscock G., Earth Wars: the Battle for Global Resources. John Wiley & Sons, Singapore, 2012.
Scarpulla, Michael A., et al. CdTe-based thin film photovoltaics: Recent advances, current challenges and future prospects. Solar Energy Materials and Solar Cells 2023. V.255. P.112289.
Bertoncello, Matteo, et al. Influence of CdTe solar cell properties on stability at high temperatures. Microelectronics Reliability 2020. V. 114. P.113847.
Yavorskyi R. Features of optical properties of high stable CdTe photovoltaic absorber layer. Physics and Chemistry of Solid State 2020. Vol. 21, No. 2. P. 243–253.
Dang H., Singh V. P., Guduru S., Hastings J. T. Embedded nanowire window layers for enhanced quantum efficiency in window absorber type solar cells like CdS/CdTe. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016. V.144. P. 641–651.
Dang, Hongmei, et al. Cadmium sulfide nanowire arrays for window layer applications in solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 2014. V.126. P. 184–191.
Guo, Shuai, et al. Tunable optical loss and multi-band photodetection based on tin doped CdS nanowire. Journal of Alloys and Compounds 2020. V. 835. P. 155330.
Burgelman M., Verschraegen J., Degrave S., Nollet P. Modeling thin‐film PV devices. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2004. V12 (2‐3). P. 143–153.
Burgelman M., Marlein J. Analysis of graded band gap solar cells with SCAPS, Proc. Of the 23rd Eur. Photovolt. Sol. Energy Conf., Valencia 2008. pp. 2151–2155.
Verschraegen J., Burgelman M. Numerical modeling of intra-band tunneling for heterojunction solar cells in SCAPS. Thin Solid Films 2007. V.515 (15) V. 6276–6279.
Nykyruy L. I., Yavorskyi R. S., Zapukhlyak Z. R., Wisz G., Potera P. Evaluation of CdS/CdTe thin film solar cells: SCAPS thickness simulation and analysis of optical properties. Optical Materials. 2019. Vol. 92. P. 319–329.
Zapukhlyak Z. R., Nykyruy L. I., Wisz G., Rubish V. M., Prokopiv V. V., Halushchak M. O., Yavorskyi R. S. SCAPS modelling of ZnO/CdS/CdTe/CuO photovoltaic heterosystem. Physics and Chemistry of Solid State. 2020. Vol. 21(4). P. 660–668.
Seck, Serigne Massamba, et al. Study of efficiencies CdTe/CdS photovoltaic solar cell according to electrical properties by scaps simulation. Natural Resources 2020. P.47.
Ahmmed S., Aktar A., Rahman M.F., Hossain J., Ismail A.B.M. A numerical simulation of high efficiency CdS/CdTe based solar cells using NiO HTL and ZnO TCO. Optik (Stuttg). 2020b. Vol.223. P.165625.
Hongmei Dang, Nanostructured Semiconductor Device Design in Solar Cells”, Ph.D. Thesis, University of Kentucky 2015. P. 77.
