Аморфізований субмікронний шар в області просторового заряду: новий підхід до проблеми підвищення ефективності кремнієвих сонячних елементів
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe63.01.0038Ключові слова:
аморфiзований шар, область просторового заряду, n –p кремнієві сонячні батареїАнотація
Створення тонкого субмiкронного аморфiзованого шару (АШ) в областi просторового заряду кремнiєвого фотоперетворювача може збiльшувати коефiцiєнт корисної дiї за рахунок домiшкового фотоелектричного ефекту. Ранiше цей пiдхiд був застосований до структур з модифiкованим шаром в областi емiтера. Такий шар можна створити за допомогою iонної iмплантацiї. Вбудова шару в область просторового заряду є перспективним пiдходом, оскiльки дозволяє досягти зменшення впливу рекомбiнацiї (через енергетичнi рiвнi в забороненiй зонi та рiвнi, пов’язанi iз локальними станами iнтерфейсiв). Параметри фотоперетворення модифiкованої структури дослiджено методом чисельного моделювання, який дозволяє отримати свiтловi вольт-ампернi характеристики для рiзних параметрiв АШ. На пiдставi цих результатiв визначено оптимальнi параметри АШ. У такому випадку щiльнiсть струму короткого замикання збiльшується завдяки поглинанню фотонiв з енергiєю, меншою нiж ширина забороненої зони кремнiю 1,12 еВ, а напруга холостого ходу та фактор заповнення залишаються майже без змiн. Теоретично, можливо отримати, пiдвищення ефективностi на 1–2% за абсолютною величиною. Це можливо, якщо шар з бар’єром у валентнiй зонi (менше, нiж 0,4 еВ) та бар’єром у зонi провiдностi (менше, нiж 0,1 еВ) створено у площинi, яка вiдповiдає близько 0,3 ширини областi простору заряду. У iншому випадку деградацiя струму короткого замикання i фактора заповнення нiвелює позитивний ефект додаткової фотогенерацiї. Збiльшення напруги холостого ходу на 10–12% (внаслiдок обмеження iнжекцiї в p-базу) супроводжується суттєвою деградацiєю щiльностi струму короткого замикання. Так, для збiльшення напруги холостого ходу шар iз суттєвим потенцiальним бар’єром в зонi провiдностi (близько 0,4 еВ) повинен бути розташованим поблизу базової областi.
Посилання
<li>G.S. Khrypunov, E.P. Chernykh, N.A. Kovtun, E.K. Belonogov. Flexible solar cells based on cadmium sulfide and telluride. Semiconductors 43, 1046 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1134/S1063782609080156">https://doi.org/10.1134/S1063782609080156</a>
</li>
<li>M.A. Green. The path to 25% silicon solar cell efficiency: History of silicon cell and evolution. Progress in Photovoltaics 17, 320 (2009).
<a href="https://doi.org/10.1002/pip.911">https://doi.org/10.1002/pip.911</a>
</li>
<li>A. Luque. Will we exceed 50% efficiency in photovoltaics? J. Appl. Phys. 110, 031303 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.3600702">https://doi.org/10.1063/1.3600702</a>
</li>
<li>N.P. Klochko, G.S. Khrypunov, Y.O. Myagchenko, E.E. Melnychuk, V.R. Kopach, K.S. Klepikova, V.M. Lyubov, A.V. Kopach. Electrodeposited zinc oxide arrays with the moth-eye effect. Semiconductors 48, 531 (2014).
<a href="https://doi.org/10.1134/S1063782614040162">https://doi.org/10.1134/S1063782614040162</a>
</li>
<li>A.S. Brown, M.A. Green. Impurity photovoltaic effect: Fundamental energy conversion efficiency limits. J. Appl. Phys. 92, 1329 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.1492016">https://doi.org/10.1063/1.1492016</a>
</li>
<li>M.J. Keevers, M.J. Saris, G.C. Zhang, J. Zhao, M.A. Green. Screening of optical dopants in silicon solar cell for improved infrared response. In: Proceeding of the 13th European Photovoltaic Solar Energy Conf. (Nice, 1995).
</li>
<li>M.J. Keevers, M.A. Green. Extended infrared response of silicon solar cells and the impurity photovoltaic effect. Solar Energy Materials and Solar Cells 41–42, 195 (1996).
<a href="https://doi.org/10.1016/0927-0248(95)00113-1">https://doi.org/10.1016/0927-0248(95)00113-1</a>
</li>
<li>M.J. Keevers, M.A. Green. Efficiency improvements of silicon solar cells by the impurity photovoltaic effect. Appl. Phys. Lett. 75, 4022 (1994).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.356025">https://doi.org/10.1063/1.356025</a>
</li>
<li>Z.T. Kuznicki, M. Ley. New near-IR effect due to an amorphized substructure inserted in a c-Si solar-cell emitter. Solar Energy Materials and Solar Cell 72, 621 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0927-0248(01)00212-4">https://doi.org/10.1016/S0927-0248(01)00212-4</a>
</li>
<li> M. Ley, Z.T. Kuznicki. Experimental and theoretical investigation of a new potential barriers due to sharp a-Si-c-Si heterointerfaces buried in the solar cell emitter. Solar Energy Mater. and Solar Cell 72, 613 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0927-0248(01)00211-2">https://doi.org/10.1016/S0927-0248(01)00211-2</a>
</li>
<li> Z.T. Kuznicki. Enhanced absorption and quantum efficiency in locally modified single-crystal Si. Appl. Phys. Lett. 81, 4853 (2003).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.1528730">https://doi.org/10.1063/1.1528730</a>
</li>
<li> M. Ley, Z.T. Kuznicki, D. Ballutaude. Electronic transport in mind model solar cells: Collection efficiency in the presence of a-Si/c-Si heterointerfaces. In: Proceedings of the 29th Photovoltaic Specialists Conference (New Orlean, USA, 2002).
<a href="https://doi.org/10.1109/PVSC.2002.1190475">https://doi.org/10.1109/PVSC.2002.1190475</a>
</li>
<li> Ghania Azouzzi, Wahiba Tazibt. Improving silicon solar cell efficiency by using impurity photovoltaic effect. Energy Procedia 41, 40 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.09.005">https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.09.005</a>
</li>
<li> Zhao Baoxing, Zhou Jicheng, Chen Yongmin. Numerical simulation of the impurity photovoltaic effect in silicon solar cell doped with thallium. Physica B 405, 3834 (2010).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.06.012">https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.06.012</a>
</li>
<li> Akeed A. Pavel, M. Rezwan Khan, N.E. Islam. On the possibility to improve silicon solar efficiency through impurity photovoltaic effect and compensatio. Solid state electronic 54, 1278 (2010).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.sse.2010.04.004">https://doi.org/10.1016/j.sse.2010.04.004</a>
</li>
<li> Ghania Azouzzi, Mohamed Cheegaar. Impurity photovoltaic effect in silicon solar cell doped with sulphur: A numerical simulation. Physica B 406, 1773 (2011).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.02.025">https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.02.025</a>
</li>
<li> E.T. Hu, G.Q. Yue, R.J. Zhang, Y.X. Cheng, L.Y. Chen, S.Y. Wang. Numerical simulation of multilevel impurity photovoltaic effect in sulfur doped crystalline silicon. Renewable Energy 77, 442 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.12.049">https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.12.049</a>
</li>
<li> S. Khelifia, J. Verschraegenb, M. Burgelmanb, A. Belghachia. Numerical simulation of the impurity photovoltaic effect in silicon solar cells. Renewable Energy 33, 293 (2008).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.05.027">https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.05.027</a>
</li>
<li> M. Schmeits, A.A. Mani. Impurity photovoltaic effect in c-Si solar cells. A numerical study. J. Appl. Phys. 85, 2207 (1999).
<a href="https://doi.org/10.1063/1.369528">https://doi.org/10.1063/1.369528</a>
</li>
<li> H. Kasai, T. Sato, H. Matsumura. Impurity photovoltaic effect in crystalline silicon solar cells. in: Proceedings of the 26th Photovoltaic Specialists Conference (Anaheim, 1997).
<a href="https://doi.org/10.1109/PVSC.1997.654067">https://doi.org/10.1109/PVSC.1997.654067</a>
</li>
<li> H. Kasai, H. Matsumura. Study for improvement of solar cell efficiency by impurity photovoltaic effect. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 48, 93 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0927-0248(97)00075-5">https://doi.org/10.1016/S0927-0248(97)00075-5</a>
</li>
<li> H. Matsumura, H. Kasai. Theoretical study for drastic improvements of solar cell. Jpn. J. Appl. Phys. 34, 2252 (1997).
<a href="https://doi.org/10.1143/JJAP.34.2252">https://doi.org/10.1143/JJAP.34.2252</a>
</li>
<li> H. Kasai, H. Matsumura. Optical absorption properties of indium-doped thin crystalline silicon films. Jpn. J. Appl. Phys. 37, 5609 (1998).
<a href="https://doi.org/10.1143/JJAP.37.5609">https://doi.org/10.1143/JJAP.37.5609</a>
</li>
<li> J.W. Mayer, L. Eriksson, J.A. Davids. Ion Implantation in Semiconductors (Academic Press, 1970).
</li>
<li> R. Stangl, M. Kriegel, M. Schmidt. AFORS-HET, version 2.2,A numerical computer program for simulation of heterojunction solar cell and measurement. In: Proc. WCPEC-4, 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (USA, 2006).
</li>
<li> S.M. Sze. Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 1969).
</li>
<li> S.J. Fornash, A. Rothwarf. Current Topics in Photovoltaics, Edited by T.J. Coutts, J. D. Meakin (Academic Press, 1985).
</li>
<li> A.V. Kozinetz, V.A. Skryshevsky. Theoretical analysis of the efficiency of silicon solar cell with amorphized layer in space charge region. Ukr. J. Phys. 7, 620 (2015).
<a href="https://doi.org/10.15407/ujpe60.07.0620">https://doi.org/10.15407/ujpe60.07.0620</a>
</li>
<li> Z. Kuznicki, Meyreis Patrik. Methods for producing photovolaic material and device able to exploit high energy photons. US Patent 20110162700, July 7, 2011.
</li>
<li> Z.T. Kuznicki. Process for the production of a photovoltaic material or device, material or device thus obtained and photocell comprising such a material or device. US Patent 5,935,345, August 10, 1999.
</li>
<li> I.I. Ivanov, V.A. Skryshevsky, T. Nychyporuk, M. Lemiti, A.V. Makarov, N.I. Klyui, O.V. Tretyak. Porous silicon Bragg mirrors on single- and multi-crystalline silicon for solar cells. Renewable Energy 55, 79 (2013).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.12.031">https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.12.031</a>
</li>
<li> I.I. Ivanov, V.A. Skryshevsky, O.S. Kyslovets, T. Nychyporuk, M. Lemiti. Porous silicon Bragg reflectors on multicrystalline silicon wafer with p?n junction. J. Phys.: Conf. Series 709, 012006 (2016).
<a href="https://doi.org/10.1088/1742-6596/709/1/012006">https://doi.org/10.1088/1742-6596/709/1/012006</a>
</li>
<li> S.V. Litvinenko, A.V. Kozinetz, V.A. Skryshevsky. Concept of photovoltaic transducer on a base of modified p?n junction solar cell. Sensor and Actuators A: Physical 224, 30 (2015).
<a href="https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.01.014">https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.01.014</a>
</li>
<li> S. Khelifi, M. Burgelman, J. Verschraegen, Abderrahmane Belghachi. Impurity photovoltaic effect in GaAs solar cell with two deep impurity levels. In: Proc. of NUMOS Gent, 28–30 March, 2007 92, 1559 (2008).
</li>
<li> G. Beaucarme, A.S. Brown, M.J. Keevers, R. Corkish, M.A. Green. The impurity photovoltaic (IPV) effect in wide-bandgap semiconductors: an opportunity for veryhigh-efficiency solar cells? Progress in Photovoltaics 10, 345 (2002).
<a href="https://doi.org/10.1002/pip.433">https://doi.org/10.1002/pip.433</a>
</li>
<li> A.I. Manilov, S.V. Litvinenko, S.A. Alekseev, G.V. Kuznetsov, V.A. Skryshevsky. Use of powders and composites based on porous and crystalline silicon in the hydrogen power industry. Ukr. J. Phys. 55, 928 (2010).
</li>
<li> V.G. Litovchenko, N.I. Klyui. Solar cells based on DLC film – Si structures for space application. Solar Energy Materials and Solar Cells 68, 55 (2001).
<a href="https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00345-7">https://doi.org/10.1016/S0927-0248(00)00345-7</a></li></ol>
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
