PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Modeling of photoconverter parameters basedon CdS/porous-CdTe/CdTe heterostructure

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Modelowanie parametrów fotoprzetwornika opartegona heterostrukturze CdS/porowaty-CdTe/CdTe
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
This article presents a comprehensive study of the fabrication and modeling of a CdS/porous-CdTe/CdTe heterostructure aimed atimproving solar cell efficiency. The research focuses on two critical processes: the electrochemical etching for producing porous-CdTe substrates and the chemical surface deposition method for applying CdS films. The structural and optical characteristicsof the fabricated heterostructure were analyzed using SEM and EDAX methods, confirming the formation of a continuous CdS layer over a porous-CdTe layer. The thickness of the porous-CdTe and CdS layerswas 1.0 and 2.0μm, respectively. The obtained thick values of the manufactured structure were used to model the CdS/porous-CdTe/CdTe heterostructure in the PC1D-program in order to find the optimal solar cell parameters. The photoconverter current-voltage curve was obtained from the PC1D-program. The theoretically calculated efficiency was 21.6%. The study further explored the impact of varying the thickness of the CdS window layer and the porous-CdTe buffer layer on photoconverter performance. The efficiency of the CdS/porous-CdTe/CdTe photoconverter reaches maximum values at a thicknessof 2.3-2.4 μmand 1.9 μmfor CdS and porous-CdTe layers, respectively. Additionally, the buffer layer's porosity enhanced light absorption, contributingto higher carrier generation rates. In order to increase the CdS/porous-CdTe/CdTe photoconverter efficiency, the single-layer and double-layer antireflective coatingsused, which are most often in the CdS/CdTe solar cells production, was investigated.To further optimize the photoconverter, anti-reflective coatings were investigated using the matrix method. The results showed that the best reflectance is observed for the ITO/ZnO double anti-reflective coating. The solar cell efficiency with this coating was 22.8% at 50/30 nm thicknesses. Additional research in the modifying the porosityof the substrates and its effect on the photoconverter characteristics may lead to the discovery of new opportunities increasing their efficiency and stability.The findings underscore the potential of CdS/porous-CdTe/CdTe heterostructures as efficient photovoltaic devices.
PL
W artykule przedstawiono kompleksowe badanie wytwarzania i modelowania heterostruktury CdS/porowate-CdTe/CdTew celu poprawy wydajności ogniw słonecznych. Badania koncentrują się na dwóch krytycznych procesach: trawieniu elektrochemicznym w celu wytworzenia porowatych podłoży CdTe oraz chemicznej metodzie osadzania powierzchniowego w celu nałożenia warstw CdS. Właściwości strukturalne i optyczne wytworzonej heterostruktury zostały przeanalizowane przy użyciu metod SEM i EDAX, potwierdzając tworzenie ciągłej warstwy CdS na porowatej warstwie CdTe. Grubość porowatych warstw CdTe i CdS wynosiła odpowiednio 1,0 i 2,0 μm. Uzyskane wartości grubości wytworzonej struktury zostały wykorzystanedo modelowania heterostruktury CdS/porowate-CdTe/CdTe w programie PC1D w celu znalezienia optymalnych parametrów ogniwa słonecznego. Charakterystyka prądowo-napięciowa fotokprzetwornika została uzyskana z programu PC1D. Teoretycznie obliczona sprawność wyniosła 21,6%.W badaniu zbadano również wpływ zmiany grubości warstwy okiennej CdS i porowatej warstwy buforowej CdTe na wydajność fotoprzetwornika. Wydajność fotoprzetwornika CdS/porowate-CdTe/CdTe osiąga maksymalne wartości przy grubości 2,3-2,4 μm i 1,9 μm odpowiednio dla warstw CdSi porowate-CdTe. Dodatkowo, porowatość warstwy buforowej zwiększyła absorpcję światła, przyczyniając się do wyższych szybkości generowania nośników. W celu zwiększenia wydajności fotoprzetwornika CdS/porowate-CdTe/CdTe zbadano stosowane jedno-i dwuwarstwowe powłoki antyrefleksyjne, które są najczęściej stosowane w produkcji ogniw słonecznych CdS/CdTe. W celu dalszej optymalizacji fotoprzetwornika zbadanopowłoki antyrefleksyjne przy użyciu metody matrycowej. Wyniki pokazały, że najlepszy współczynnik odbicia obserwuje się dla podwójnejpowłoki antyrefleksyjnej ITO/ZnO. Sprawność ogniwa słonecznego z tą powłoką wyniosła 22,8% przy grubości 50/30 nm. Dodatkowe badania w zakresie modyfikacji porowatości podłoży i jej wpływu na charakterystykę fotoprzetworników mogą doprowadzić do odkrycia nowych możliwości zwiększających ich wydajność i stabilność. Wyniki badań podkreślają potencjał heterostruktur CdS/porowate-CdTe/CdTe jako wydajnych urządzeń fotowoltaicznych.
Rocznik
Strony
65--69
Opis fizyczny
Bibliogr. 42 poz., tab., wykr.
Twórcy
  • Dmytro Motornyi Tavria State Agrotechnological University, Department of Higher Mathematics and Physics, Melitopol, Ukraine
  • Volodymyr VynnychenkoCentral Ukrainian State University, Department of Philosophy, Political Science and Psychology, Kropyvnytskyi, Ukraine
Bibliografia
  • [1] Agoundedemba M., et al.: Improving FTO/ZnO/In₂S₃/CuInS₂/Mo Solar Cell Efficiency by Optimizing Thickness and Carrier ZnO, In₂S₃, and CuInS₂ Thin Film Concentrations Using Silvaco-Atlas Software. International Journal of Renewable Energy Development 12(6), 2023, 1131–1140 [https://doi.org/10.14710/ijred.2023.57800].
  • [2] Bond W.: Measurement of the Refractive Indices of Several Crystals. Journal of Applied Physics 36, 1965, 1674–1677 [https://doi.org/10.1063/1.1703106].
  • [3] Compaan A., et al.: High Efficiency, Magnetron Sputtered CdS/CdTe Solar Cells. Solar Energy 77(6), 2004, 815–822 [https://doi.org/10.1016/j.solener.2004.06.013].
  • [4] Debenham M.: Refractive Indices of Zinc Sulfide in the 0.405–13 μm Wavelength Range. Applied Optics 23, 1984, 2238–2239 [https://doi.org/10.1364/ao.23.002238].
  • [5] Devore J.: Refractive Indices of Rutile and Sphalerite. Journal of the Optical Society of America 41, 1951, 416–419 [https://doi.org/10.1364/JOSA.41.000416].
  • [6] Diadenchuk A., Kidalov V.: n-ZnO:Al/Porous-CdTe/p-CdTe Heterostructures as Photoelectric Converters. Nanosystemy, Nanomaterialy, Nanotekhnolohii 15(3), 2017, 487–494.
  • [7] Diadenchuk A., Kidalov V.: Use of the Porous A3B5 Compounds for Supercapacitor Electrodes. Journal of Nano-& Electronic Physics 7(1), 2015, 01021-1–01021-4.
  • [8] Double Layer Anti Reflection Coatings. PV Education [https://www.pveducation.org/pvcdrom/design-of-silicon-cells/double-layeranti-reflection-coatings] (available 26 Nov. 2024).
  • [9] Dyadenchuk A., Domina N., Oleksenko R.: Simulation of Solar Element Characteristics Based on Porous Silicon. IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy Systems – MEES, 2022, 1–4 [https://doi.org/10.1109/MEES58014.2022.10005773].
  • [10] Dyadenchuk A., Kidalov V.: Films CdS Grown on Porous Si Substrate. Journal of Nano- & Electronic Physics 10(1), 2018, 01007 [https://doi.org/10.21272/jnep.10(1).01007].
  • [11] Dyadenchuk A., Oleksenko R.: Simulation Photoconverters of Porous-Si/Si with Different Anti-Reflective Coatings. International Journal of Mathematics & Physics 14(2), 2023, 89–94 [https://doi.org/10.26577/ijmph.2023.v14.i2.010].
  • [12] Fardi H., Buny F.: Characterization and Modeling of CdS/CdTe Solar Cell Heterojunction Thin-Film for High Efficiency Performance. International Journal of Photoenergy 2013, 6 [https://doi.org/10.1155/2013/576952].
  • [13] Gajanayake G. K. U. P., et al.: Effect of CdTe Nucleation Layer on the CdS/CdTe Performance Thin Film Solar Cells. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 34(6), 2023, 508 [https://doi.org/10.1007/s10854-02309895-6].
  • [14] Guminilovych R., et al.: Modeling of Chemical Surface Deposition (CSD) of CdS and CdSe Semiconductor Thin Films. Chemistry & Chemical Technology 9, 2015, 287–292 [https://doi.org/10.23939/chcht09.03.287].
  • [15] Han J., et al.: Preparation and ZnS/CdS Bi-Layer Characterization for CdTe Solar Cell Application. Journal of Physics and Chemistry of Solids 74(12), 2013, 1879–1883 [https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2013.08.004].
  • [16] Ilchuk G., et al.: Photosensitivity of n-CdS/p-CdTe Heterojunctions Obtained by Chemical Surface Deposition of CdS. Semiconductors 44, 2010, 318–320 [https://doi.org/10.1134/S1063782610030085].
  • [17] Jiang C., et al.: Simulation of Silicon Solar Cell Using PC1D. Advanced Materials Research 383, 2012, 7032–7036 [https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.383-390.7032].
  • [18] Kapadnis R., et al.: Cadmium Telluride/Cadmium Sulfide Thin Films Solar Cells: A Review. ES Energy & Environment 10(2), 2020, 3–12, [https://doi.org/10.30919/esee8c706].
  • [19] Khaledi P., Behboudnia M., Karimi M.: Optimization and Numerical Modeling of TCO/SnO₂/CdS/CdTe Solar Cells. International Journal of Optics, 2023, 7184080 [https://doi.org/10.1155/2023/7184080].
  • [20] König T., et al.: Electrically Tunable Plasmonic Behavior of Nanocube-Polymer Nanomaterials Induced by a Redox-Active Electrochromic Polymer. ACS Nano 8, 2014, 6182–6192 [https://doi.org/10.1021/nn501601e].
  • [21] Krishnaiah V., et al.: Optimizing ZnO/CdS/CdTe Bilayer Structures for Enhanced CdTe Solar Cell Efficiency: A Machine Learning Approach. MRS Advances 2024, 1–6 [https://doi.org/10.1557/s43580-024-00772-w].
  • [22] Kuddus A., et al.: Enhancement of the CdS/CdTe Heterojunction Solar Cell Performance Using TiO₂/ZnO Bi-Layer ARC and V₂O₅ BSF Layers: A Simulation Approach. The European Physical Journal Applied Physics 92(2), 2020, 20901 [https://doi.org/10.1051/epjap/2020200213].
  • [23] Lakmal A. A. I., et al.: Thermally Evaporated CdS Thin Films for CdS/CdTe Solar Cells: Effect of Substrate Temperature on CdS Layer. Materials Science and Engineering: B 273, 2021, 115406 [https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115406].
  • [24] Lee J.: Comparison of CdS Films Deposited by Different Techniques: Effects on CdTe Solar Cell. Applied Surface Science 252(5), 2005, 1398–1403 [https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.02.110].
  • [25] Li S., Li X., Zhao H.: Synthesis and Electrical Properties of P-Type CdTe Nanowires. Micro & Nano Letters 8(6), 2013, 308–310 [https://doi.org/10.1049/mnl.2013.0144].
  • [26] Malitson I.: Interspecimen Comparison of the Refractive Index of Fused Silica. Journal of the Optical Society of America 55, 1965, 1205–1208 [https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001205].
  • [27] Matei E., et al.: Electrical Properties of Single CdTe Nanowires. Beilstein Journal of Nanotechnology 6(1), 2015, 444–450 [https://doi.org/10.3762/bjna6.45].
  • [28] Matin M., et al.: A Study Towards the Possibility of Ultra Thin CdS/CdTe High Efficiency Solar Cells from Numerical Analysis. WSEAS Transactions on Environment and Development 6(8), 2010, 571–580.
  • [29] Mozaffari S.: Device Modeling and Performance Analysis of an All-Inorganic Lead-Free Ag₂BiI₅ Rudorffite-Based Solar Cell with AgSCN as HTL via GPVDM Simulation Software. Journal of Computational Electronics 2024, 1–13 [https://doi.org/10.1007/s10825-024-02157-6].
  • [30] Olusola O., Madugu M., Dharmadasa I.: Investigating the Electronic Properties of Multi-Junction ZnS/CdS/CdTe Graded Bandgap Solar Cells. Materials Chemistry and Physics 191, 2017, 145–150 [https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.01.027].
  • [31] Peña J., et al.: The ZnO-Reflectance Effect on the Heterojunction ITO/ZnO/CdS/CdTe. 38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2012, 002021–002023 [https://doi.org/10.1109/PVSC.2012.6317995].
  • [32] Politanskyi R., et al.: Simulation of Anti-Reflecting Dielectric Films by the Interference Matrix Method. Optical Materials 102, 2020, 109782 [https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.109782].
  • [33] Rios-Flores A., et al.: Procedure to Obtain Higher than 14% Efficiency Rate Thin Film CdS/CdTe Solar Cells Activated with HCF2Cl Gas. Solar Energy 86(2), 2012, 780–785 [https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.12.002].
  • [34] Roy A., Majumdar A.: Optimization of CuO/CdTe/CdS/TiO₂ Solar Cell Efficiency: A Numerical Simulation Modeling. Optik 251, 2022, 168456 [https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.168456].
  • [35] Sahouane N., Zerga A.: Optimization of Antireflection Multilayer for Industrial Crystalline Silicon Solar Cells. Energy Procedia 44, 2014, 118–125 [https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.12.017].
  • [36] Sharma R., Gupta A., Virdi A.: Effect of Single and Double Layer Antireflection Coating to Enhance Photovoltaic Efficiency of Silicon Solar. Journal of Nano- and Electronic Physics 9(2), 2017, 02001 [https://doi.org/10.21272/jnep.9(2).02001].
  • [37] Shoewu O.: Effect of Absorber Layer Thickness and Band Gap on the Performance of CdTe/CdS/ZnO Multi-Junction Thin Film Solar Cell. International Journal of Advanced Trends in Technology Management and Applied Science 4(7), 2018, 1–26.
  • [38] Singh S., et al.: Nonlinear Optical Properties of Hexagonal Silicon Carbide. Applied Physics Letters 19, 1971, 53 [https://doi.org/10.1063/1.1653819].
  • [39] Sinha T., Verma L., Khare A.: Variations in Photovoltaic Parameters of CdTe/CdS Thin Film Solar Cells by Changing the Substrate for the Deposition of CdS Window Layer. Applied Physics A 126(11), 2020, 867 [https://doi.org/10.1007/s00339-020-04058-4].
  • [40] Tinedert I. E., et al.: Design and Simulation of a High CdS/CdTe Solar Cell Efficiency. Optik 208, 2020, 164112 [https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.164112].
  • [41] Tsuji M., et al.: Characterization of CdS Thin-Film in High Efficient CdS/CdTe Solar Cells. Japanese Journal of Applied Physics 39(7R), 2000, 3902 [https://doi.org/10.1143/JJAP.39.3902].
  • [42] Zhang F., et al.: The Numerical CIS/CISSe Simulation Graded Band Gap Solar Cell Using SCAPS-1D Software. Journal of Nanoparticle Research 25(12), 2023, 256 [https://doi.org/10.1007/s11051-023-05906-z].
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-70a8ff51-af92-4f07-8885-edc8a10cbc4d
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.