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