افزایش بازدهی سلول خورشیدی cigs با ترکیب مناسب لایه‎های بافر cds و cdse: شبیه‎سازی به‌وسیلۀ نرم‎افزار silvaco

یکی از لایه‏‏های اصلی در ساخت سلول‎های خورشیدی لایه‌نازک سلنید گالیوم ایندیوم مس (cigs)، لایۀ بافر است. لایۀ بافر باعث افزایش مقدار جذب و کاهش بازترکیب‎های سطحی می‎شود. لذا سلول خورشیدی به‌میزان بیشتری حامل‏‏های بار تولیدشده را جذب می‌کند و موجب افزایش بازدهی در آن می‎‎شود. در این پژوهش با استفاده از نرم‎افزار شبیه‎ساز سیلواکو، لایه‎های کادمیوم سولفید (cds) و کادمیوم سلنید (cdse) به‌عنوان لایۀ بافر در ساختار مدل‎سازی شده و تاثیر ترکیب‎های مختلف از این دو لایه بر روی پارامتر‏های jsc, voc, ff, η بررسی شده است. نتایج اولیه نشان داد که افزایش ضخامت در لایۀ بافر می‎تواند بازدهی سلول را کاهش دهد. ادامۀ شبیه‎سازی‎ها نشان داد در شرایطی که لایۀ کادمیوم سلنید نزدیک به لایۀ جاذب (cigs) باشد، حالت بهینه برای لایۀ بافر، متشکل از 40 نانومتر از کادمیوم سولفید و 10 نانومتر از کادمیوم سلنید است و می‎تواند بازدهی را به %25/19 افزایش دهد. همچنین نمودار انرژی نشان داد که در حالت بهینه، حرکت الکترون‎ها و حفره‎ها به‌صورت فرایند آبشاری و بدون سد اتفاق می‏افتد که موجب افزایش قابل توجه بازدهی شده است.

efficiency enhancement of cigs solar cells with the appropriate combination of cds and cdse buffer layers: simulation by silvaco software

the buffer layer is one of the main elements in the thin film solar cells, especially in the copper indium gallium selenide (cigs) thinfilm solar cells. the buffer layer increases the optical absorption and decreases the surface recombination, which in turn results in further absorption of carriers and the enhancement of the solar cell efficiency. in this paper, the cadmium sulfide (cds) and cadmium selenide (cdse) thin films were selected as buffer layers. then, the effect of different combinations of these two buffer layers on the solar cell parameters such as jsc, voc, ff, and η were investigated using silvaco atlas commercial software. the optimal condition and higher efficiency were achieved when the cds and cdse layers were close to the zno and cigs layers respectively. it was found out that the selection of 40nm thickness for cadmium sulfide and 10nm thickness for cadmium selenide increased the efficiency of solar cell up to 25.19%. also, the plotting of the energy band diagram illustrated that electrons and holes, in an optimal condition, moved easily without any potential barriers. this condition led to a significant increase in the solar cell efficiency.