Theoretical Investigation on Performance Enhancement of CIGS Based Solar Cells

Abstract

Основна мета роботи – дослідити ефективність сонячного елемента на основі CIGS, замінивши токсичний буферний шар CdS звичайної структури сонячного елемента Ag/ITO/ZnO/CdS/CIGS/W нетоксичним шаром ZnSe за допомогою програмного забезпечення SCAPS-1D. Характеристики J-V модельованої структури показують, що ефективність сонячного елемента збільшується з 23,23 % до 23,58 % (при Voc = 0,8202 В, Jsc = 34,86 мА/см2 і FF = 82,49 %) завдяки використанню шару ZnSe. Збільшення ефективності елемента пояснюється зменшенням поглинання фотонів у буферному шарі внаслідок більшої ширини забороненої зони шару ZnSe. Додатковий тонкий шар був вставлений між CIGS і зворотним контактом (W) для усунення рекомбінації на задній поверхні. Цей новий шар забезпечив додаткове тунелювання дірок, що призвело до збільшення ефективності сонячного елемента до 24,64 %. Крім того, була зроблена спроба дослідити залежність ефективності сонячного елемента на основі CIGS від робочої температури.

The main objective of this work is to investigate the CIGS solar cell performance by replacing the toxic CdS buffer layer from the conventional solar cell structure Ag/ITO/ZnO/CdS/CIGS/W by the non-toxic ZnSe layer using SCAPS-1D software. J-V characteristics of the simulated cell structure show that the efficiency of the solar cell increases from 23.23 % to 23.58 % (with Voc of 0.8202 V, Jsc of 34.86 mA/cm2 and FF of 82.49 %) due to the use of ZnSe layer. The increase in the efficiency of the cell is attributed to the decrease in photon absorption in the buffer layer due to higher band gap of ZnSe. An additional thin layer was inserted between CIGS and the back contact (W) to eliminate the back surface recombination. This new layer provided an additional hole tunneling action which led to an increase in the solar cell efficiency up to 24.64 %. Moreover, an attempt has been made to investigate the dependence of the CIGS solar cell efficiency on the operating temperature.