Transcript Studierea HJ ZnSe/CdTe pentru aplicatii fotovoltaice

Studierea HJ ZnSe/CdTe pentru aplicatii
fotovoltaice
Elaborat:
Stud. An .III
Facultatea Fizica
Petru Dumitriu
Conducator stiintific
Dr., conf. universitar
Potlog Tamara
Seleniură de zinc (ZnSe), este un compus binar de culoare galben
deschis. Acesta este un semiconductor intrinsec, cu o banda de
aproximativ 2.70 eV la 25 ° C. ZnSe apare rar in natura.
ZnSe se poate obtine atât în structura hexagonala cit şi cubica.
Materialul poate fi dopat cu impuritati donoare, obtinindu-se un
semiconductor de n-tip. Obtinerea p-tip este mult
mai dificila, dar poate fi realizat prin introducerea azotului.
ZnSe este insolubil în apă, dar reacţionează cu
acizii formind gazul toxic seleniura de hidrogen.
Acesta poate fi depus ca un film subtire prin mai multe metode
de evaporare în vid.
Acesta este folosit ca fereastră optică în domeniul infraroşu şi
ca material pentru celule solare
CdTe este un compus cristalin format din cadmiu şi telur.
Acesta este folosit ca strat absorbant pentru celule solare.
CdTe are solubilitate foarte scăzută în apă, este stabil în
aer, chiar si la temperaturi mai ridicate.
6% din toate celulele solare instalate în 2010 au fost
construite pe baza de CdS/CdTe. Randamentul de
conversie a energiei solare in electrica mondial atinge
valoarea de 16,5 %. Acestea sunt printre cele mai ieftine
de pe piata.
În ultimii ani straturile subţiri obţinute în baza compuşilor A2B6 prezintă un
interes deosebit pentru elaborarea convertoarelor fotovoltaice cu cost de
producere redus. În present există o serie largă de publicaţii care reflectă
proprietăţile straturilor subţiri de CdS, ce servesc în calitate de fereastră
optică pentru componenta de bază absorbantă CdTe, obţinută la rîndul ei
printr-un şir de metode tehnologice, cum ar fi: depunerea pirolitică, depunere
electrolitică, epitaxie moleculară, depunerea chimică din vapori, sputtering,
depunerea din baie chimică şi metoda voumului cuaziînchis. Însă banda
interzisă a componentei CdS are o valoare relativ mică pentru heterostructura
CdS/CdTe, întrucît o grosime de doar 0,1 µm de CdS e suficientă pentru ca
aceasta din urmă să absoarbă 36 % din radiaţia incidentă cu o energie mai
mare de 2,42 eV. Prin urmare, una din soluţiile de alternativă pentru sporirea
randamentului de conversie este folosirea unei componente cu o bandă
interzisă mai largă, cum ar fi selenura de zinc (ZnSe).Aceasta are o banda
interzisă Eg=2,7 eV, ceea ce ar permite trecerea luminii cu o absorbtie mai
diminuată.
Intensitatea, un. arb.
Tabloul de difractie a straturilor subtiri
de ZnSe
6x10
5
5x10
5
4x10
5
3x10
5
2x10
5
1x10
5



0
10
20
ZnSe
1
2
3
30
40
grade
50
timp de depunere
4 min
8 min
11 min
60
70
d, nm
1451
2735
4131
Parametrii structurali
2- theta
(grade)
d (ang)
Indicii Miller
ZnSe - 4 min
25.60
3.4771
(100)
27.19
3.2764
45.16
2.0058
49.16
2- theta
(grade)
d (ang)
Indicii Miller
ZnSe – 8 min
(220), (110)
25.66
3.4685
(100)
1.8522
(103)
27.20
3.27510
(111), (002)
53.49
1.7114
(311), (112)
29.08
3.0684
(101)
65.74
1.4192
(400)
45.17
2.00537
(220), (110)
72.65
1.3004
(331)
49.14
1.8524
(103)
53.51
1.7110
(311), (112)
65.82
1.4177
(400)
72.61
1.3009
(331)
2- theta (grade)
(111), (002)
d (ang)
Indicii Miller
ZnSe – 11 min
27.21
3.2744
(111)
29.06
3.0707
Unknown
45.17
2.0056
(220)
53.51
1.7107
(311)
65.76
1.4188
(400)
72.57
1.3015
(331)
ZnSe (4 min) a=5.6765 (ang)
ZnSe (4 min) a=4.0123 (ang); c=6.5585 (ang)
ZnSe (8 min) a=5.6767 (ang);
ZnSe (8 min) a=4.0146 (ang);c=6.574
ZnSe (11 min) a=5.6764 (ang).
Caracteristicile I-U a HJ ZnSe/CdTe la diferite
temperaturi de depunere a stratului de ZnSe
-1,0
J, mA/cm2
P2(E=100 mW/cm2)
P4(E=100 mW/cm2)
P3(E=100 mW/cm2)
-0,5
3
2
1
0
0,0
-1
0,5
1,0
U, V
-2
-3
-4
-5
oC
Jsc,
mA/cm2
Ts=240
Ucd,
V
η, %
FF
Rs
Pm,
mW
Rsh
0.19
0,73
0,34
0,34
148,54
476,85
2,6134
1,2
0,6
0,48
0,48
760,11
17561,88
0,72
3.58
0,75
0,50
0,50
418,29
243034,1
0,1425
Ts=280
Ts=320
Tev=720 oC
J, mA/cm
2
Caracteristicile I-U a HJ ZnSe/CdTe cu diferite
grosimi a stratului de ZnSe
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
5
0
0,0
Structurile
0,2
0,4
0,6
0,8
U, V
-5
-10
-15
1,0
Jsc,
mA/c
m2
Ucd,
V
FF,
%
η,
%
ZnSe(4131
nm) /Zn/CdTe
18.48
0.71
35.67
4.68
ZnSe(4131
nm)/CdTe
10.70
0.75
41.36
3.33
ZnSe(2735
nm)/CdTe
4.58
0.72
30.80
1.01
CdTe/ZnSe/Zn; d=4131 nm
CdTe/ZnSe; d=4131 nm
CdTe/ZnSe; d=2735 nm
-20
Caracteristicile curent-tensiune a HJ
ZnSe/CdTe la diferite temperaturi de
masurare
J, mA/cm
2
245
255
265
275
285
295
305
315
325
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
-1,0
-0,5
0,0
0,0
-0,5
-1,0
0,5
1,0
U, V
Dependenta ln J=f(U) curent-tensiune a
HJ ZnSe /CdTe la diferite temperaturi
de masurare
245
255
265
275
285
295
305
315
325
-5
-6
-7
-8
ln(I)
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
U, V
T, K
245
255
265
275
285
295
305
315
325
ln(I0)
Ud, V
n1
n2
0,185
-10,08
1,06
10,66
0,218
-10,14
1,05
10,48
0,263
-10,18
1,04
10,06
0,302
-10,23
1,03
9,89
0,387
-10,26
1,05
9,27
0,435
-10,33
1,09
9,46
0,469
-10,38
1,03
9,61
0,474
-10,45
1,07
8,80
0,5
-10,50
1,07
8,95
Caracteristicile curent-tensiune a HJ
ZnSe/Zn/CdTe la diferite temperaturi de
masurare
J, mA/cm
2
245
255
265
275
285
295
305
315
325
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
-1,0
-0,5
0,0
0,0
-0,5
-1,0
0,5
1,0
U, V
Dependenta ln J=f(U) curent-tensiune a
HJ ZnSe/Zn/CdTe la diferite
temperaturi de masurare
245
255
265
275
285
295
305
315
325
-3
-4
-5
-6
-7
ln(I)
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
U, V
0,5
0,6
0,7
T, K
245
255
265
275
285
295
305
315
325
0,8
ln(I0)
Ud, V
n1
n2
0,452
-9,8
1,82
8,71
0,474
-10,16
1,96
8,60
0,478
-10,33
1,76
8,92
0,518
-10,47
1,70
8,92
0,526
-10,60
1,66
9,01
0,509
-10,73
1,66
9,60
0,535
-10,82
1,69
8,99
0,548
-10,90
1,72
8,63
0,526
-11,04
1,63
8,80
Concluzii:
•
•
•
•
Am studiat tabloul de difractie a straturilor subtiri de ZnSe si am constatat ca
la grosimi mai mici a straturilor structura lor este polimorfa (contine atit faza
cubica cit si hexagonala), iar la grosimi mai mari structura contine doar faza
cubica.
Am obtinut HJ ZnSe/CdTe la diferite temperaturi de depunere a stratului de
ZnSe, sursa fiind pulberea de ZnSe de marca “oc”. Straturile depuse la
temperaturi mai inalte (320°C la suport) au parametri fotovoltaici mai buni.
Am obtinut HJ ZnSe/CdTe cu diferite grosimi a stratului de ZnSe.
Heterojonctiunea cu grosimea stratului de ZnSe (4131nm) mai mare (cu structura
numai cubica a ZnSe) are parametrii fotovoltaici mai mari: Jsc=10.70 mA/cm2;
Ucd=0.75 V
FF=41.36%; η=3.33 %. Plus la aceasta am observat ca
depunerea unui strat suplimentar de Zn imbunatateste si mai mult parametrii
fotovoltaici ai celulelor solare, dublind curentul de scurt-circuit si prin aceasta
marind randamentul celulei pina la valoarea de 4.7%.
Mecanismul de transport conform modificarii valorilor factorului de idealitate cu
temperatura presupunem ca este recombinare-tunelare.
Va multumesc pentru
atentie!