Метод активації плівок телуриду кадмію для формування ефективних сонячних елементів

Abstract

Досліджувався вплив відпалу у фреоні на кристалічну структуру плівок телуриду кадмію, отриманих сублімацією в замкнутому об’ємі, а також вихідні параметри і світлові діодні характеристики сонячних елементів виготовлених на основі цих плівок. Відпал приладових структур проводився при температурі 400 °С протягом різного часу. Дослідження кристалічної структури проводилися методом рентгендифрактометричного аналізу. Ці дослідження показали, що відпал у фреоні призводить до перекристалізації плівок телуриду кадмію, що зменшує мікронапруження про що свідчіть зменшення періоду решітки після відпалу від а = 6.491 Å до а = 6.488 Å. Проведено дослідження впливу часу відпалу у фреоні на вихідні параметри та світлові діодні характеристики сонячних елементів. Для цього були досліджені світлові вольт-амперні характеристики приладових структур ITO/SnO₂/CdS/CdTe, які піддавалися відпалу протягом 20-40 хвилин. Встановлено, що оптимальний час відпалу у фреоні становив 30 хвилин. Показано, що в результаті відпалу у фреоні протягом 30 хвилин сонячні елементи на основі таких плівок мають найбільшу ефективність 11.7 %. Моделювання впливу світлових діодних характеристик на коефіцієнт корисної дії показало, що зростання ефективності сонячних елементів при збільшенні часу відпалу у фреоні до 30 хвилин обумовлено зменшенням густини діодного струму насичення. Зниження коефіцієнта корисної дії при подальшому збільшенні часу відпалу до 40 хвилин пов’язане зі зниженням шунтувального опору. Також показано, що витримка сонячних елементів при освітленні протягом 20 хвилин в режимі АМ1.5 призводить до додаткового збільшення їх ефективності до 12.2 %. Згідно з результатами моделювання, таке підвищення також обумовлено зниженням густини діодного струму насичення.

The influence of annealing in freon on the cadmium telluride films crystal structure obtained by closed space sublimation method and the output parameters and light diode characteristics of solar cells based on these films were studied. Annealing of structures was performed at a temperature of 400 °С for different times. The studies of the crystal structure were performed by the X-ray diffraction analysis. These studies have shown that the annealing in freon leads to a recrystallization of cadmium telluride films, which reduces microstress. It is evidenced by the lattice period decrease after annealing from а = 6.491 Å to а = 6.488 Å. The study of the influence of annealing in freon on the output parameters and light diode characteristics of solar cells was performed. For this purpose the light current-voltage characteristics of ITO/SnO₂/CdS/CdTe structures, annealed for 20-40 minutes, were studied. It was found that the optimal annealing time in freon is 30 minutes. It is shown that the solar cells based on such films have the highest efficiency in 11.7% after annealing in freon for 30 minutes. A simulation of light diode characteristics influence on the efficiency showed that the solar cells efficiency increase due to the diode saturation current density decrease when the annealing time in freon increases to 30 minutes. When the annealing time increases to 40 minutes the efficiency decrease is associated with a shunt resistance decrease. It is also shown that the pre-irradiation of solar cells in the AM1.5 mode for 20 minutes leads to an additional efficiency increase to 12.2%. According to the simulation results, such efficiency increase is also due to the diode saturation current density decrease.