Högre verkningsgrad med In2O3 som fönsterlager för CIGSe-solceller

Ordlista:
Intrinsisk Odopad.

I solceller strävar man efter att så mycket som möjligt av solljuset ska absorberas i absorbatorskiktet. Vanligen sker dock ett visst upptag i framkontakten, det så kallade fönsterlagret, vilket leder till att färre elektroner exciteras i absorbatorskiktet och att solcellen producerar mindre ström. Detta ger solcellen en lägre verkningsgrad. I denna studie undersöktes In2O3 som ett nytt alternativ för fönsterlager för CIGSe-solceller och jämfördes med det konventionella lagret av intrinsisk ZnO (i-ZnO) samt aluminiumdopad ZnO (AZO).

CIGSe-solceller tillverkades på glassubstrat med Mo/CIGSe/bufferlager/fönsterlager/kontakt, med ZnSnO (ZTO) eller CdS som bufferlager och In2O3 eller i-ZnO/AZO som fönsterlager. Solcellernas optiska och elektroniska egenskaper, verkningsgrad och i synnerhet strömmen undersöktes.

In2O3 visade sig inte kunna kristallisera sig på CdS som bufferlager, därför karakteriserades enbart de andra tre kombinationerna. För elektroniska egenskaper ställdes fönsterlagrenas tjocklek in för en viss resistans. Där sågs In2O3 ha lägre resistivitet än AZO, vilket verkade bero på en kristallisering med stora korn där elektronerna har hög mobilitet. In2O3 hade också en förskjuten absorptionskurva jämfört med i-ZnO/AZO. Detta ger upphov att mer ljus transmitteras till absorbatorskiktet. För de tre kombinationerna undersöktes verkningsgraden för olika våglängder. I likhet med de optiska resultaten var verkningsgraden högre för flera våglängdsområden för In2O3. ZTO som bufferlager jämfört med CdS gav upphov till en förbättrad verkningsgrad för kortare våglängder än 550 nm, dock ökade detta värde ytterligare under 450 nm med In2O3. Med hjälp av skillnaden i verkningsgrad mellan konfigurationerna beräknades den potentiella ökningen av strömmen till totalt +1.7 mA/cm2 jämfört med zinkoxid som fönsterlager ovanpå ZTO.

Ett annat bufferlager än CdS har tidigare setts ge upphov till en ökad ström, dock också en lägre spänning som tar ut vinsten och därför ger samma verkningsgrad. För solcellerna med In2O3 sågs också ett litet spänningsfall, dock var detta mindre än för i-ZnO/AZO på ZTO och på grund av den högre strömmen hade dessa solceller ändå högst verkningsgrad av de undersökta solcellerna. För celler som hade tjockare fönsterlager, vilket exempelvis kan vara relevant för större solcellsmoduler där framkontakten ska leda strömmen längre, ökade strömmen ännu mer för In2O3 relativt typerna med i-ZnO/AZO. Då spänningen dock minskade ytterligare, vilket inte sågs för kombinationerna med zinkoxid, var den totala verkningsgraden något högre än för de med ZTO men liknande som solcellerna med CdS. Avslutningsvis kan alltså sägas att In2O3 som fönsterlager är lovande på grund av en minskad optisk absorption och därför högre ström. Det krävs dock mer forskning på stabiliteten för In2O3, såväl som metoder för att kunna belägga In2O3 på CdS.

Läs originalartikeln här

Senast uppdaterad: 2023-06-26