Структурные и оптические свойства солнечных элементов на основе пленок ZnO и AIN

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню морфології поверхні, структурно-фазового стану, оптичних та електрофізичних властивостей плівок ZnО та AlN, які отримані методами CVD, золь-гель та магнетронним розпиленням, проведено моделювання ВАХ СЕ на основі гетеропереходів n-ZnO/p-Si, n-ZnO/n-CdS/p-Si, n-ZnO/n-CdS/p-CIGS та визначені їх оптимальні фізичні та конструкційні характеристики. Проведено комплексне дослідження структури та субструктури полікристалічних плівок ZnO (ZnО:Al) та AlN залежно від фізико-технологічних умов їх конденсації. Встановлені режими отримання високоякісних конденсатів сполуки, придатних для використання у приладобудуванні. Вивчення електрофізичних властивостей шарів засвідчило, що при підвищенні легування плівок ZnO алюмінієм електропровідність плівок підвищувалася, а питомий опір відповідно зменшувався. Крім того, були чисельно виміряні основні електрофізичні властивості гетеропереходу n- ZnO/p-Si. Проведене чисельне моделювання основних електрофізичних характеристик гетеросистем на основі ZnO, був визначений коефіцієнт корисної дії для кожного з переходів. Вивчений вплив таких параметрів, як товщина поглинального шару, температура конденсації, тип поглинального шару, на поведінку вольт-амперних характеристик та квантового виходу гетеросистем. Було запропоновано та реалізовано моделювання гетеросистем n-ZnO/p-Si, n-ZnO/n-CdS/p-CIGS, n-ZnO/n-CdS/p-Si та n-ZnO/AlN/p-Si. Проведено порівняння модельних та експериментальних результатів. У результаті проведених експериментальних досліджень були визначені оптимальні режими отримання плівок ZnO та AlN, проведений структурно-фазовий аналіз, досліджені оптичні та електрофізичні властивості бездомішкових та легованих алюмінієм плівок оксиду цинку. При порівнянні експериментальних результатів та моделювання було визначено, що введення шару AlN у конструкцію СЕ покращує його характеристики. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29538

Диссертационная работа посвящена исследованию морфологии поверхности, структурно-фазового состояния, оптических и электрофизических свойств пленок ZnО и AlN, полученных методами CVD, золь-гель и магнетронным распылением. В работе также было проведено моделирование ВАХ солнечных элементов на основе оксида цинка. Проведено комплексное исследование, структуры и субструктуры поликристаллических пленок ZnO (ZnО:Al) и AlN в зависимости от физико-технологических условий их конденсации. Установлены режимы в температурном интервале от 573 до 773 К получения высококачественных конденсатов соединения. Показано, что при повышении температуры конденсации качество пленок заметно возрастает, улучшается их текстура, размер зерна и т. д. Кроме того, полученные в работе пленки ZnO имеют преимущественную текстуру роста (002). Исследование оптических свойств конденсатов показало, что при повышении концентрации алюминия в пленках существенно повышается оптическая ширина запрещенной зоны от 3,25 до 3,65 эВ, что в дальнейшем имеет перспективу применения данного соединения в качестве оконного слоя в тандемных солнечных элементах. Изучение электрофизических свойств слоев показало, что при повышении легирования пленок ZnO алюминием электропроводимость пленок повышалась, а удельное сопротивление соответственно уменьшалось. Кроме того, были численно измерены основные электрофизические свойства гетероперехода n-ZnO/p-Si, такие, как ток короткого замыкания, коэффициент заполнения, коэффициент полезного действия и т. д. Былопредложено и реализовано моделирование гетеросистем n-ZnO/p-Si, n-ZnO/n-CdS/p-CIGS, n-ZnO/n-CdS/p-Si и n-ZnO/AlN/p-Si. Проведено сравнение результаов моделтрования и экспериментальных результатов. Проведено численное моделирование основных электрофизических характеристик гетеросистем на основе ZnO, был определен коэффициент полезного действия для каждого из переходов. Изучено влияние таких параметров, как толщина поглощающего слоя, температура конденсации, тип поглощающего слоя на поведение вольт-амперных характеристик и квантового выхода гетеросистем. Проведено сравнение експериментальных результатов и результатов моделирования, проведена их корреляция. Установлено, что при повышении концентрации алюминия в пленках ZnO ширина запрещенной зоны материала значительно повышается, поэтому такие слои имеют перспективу использования в качестве оконных слоев солнечных элементов. При сравнении экспериментальных результатов и моделирования было определено, что внедрение слоя AlN в конструкцию СЭ улучшает его характеристики. Установлены режимы получения высококачественных конденсатов соединения, пригодных для использования в приборостроении. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29538

The thesis focuses on investigation of surface morphology, structural and phase state, optical and electro physical properties of ZnO and AlN films, obtained by the following methods: CVD, sol gel, and magnetron sputtering. In this work a modeling of current-voltage characteristics of solar cells based on ZnO was also carried out. In the work the complex investigation of structure and substructure features of polycrystalline ZnO (ZnO:Al) and AlN films was performed. There were determined the modes for obtainment of high-quality compound condensates that can be used in instrument engineering. It was shown that the increase of condensation temperature leads to the increase of film quality, improvement of their texture, grain size etc. Furthermore, the obtained ZnO films have the preferred growth texture (002). The investigation of film electro physical properties showed that the increase of doping of ZnO films by aluminum leads to increase of electrical conductivity, and to decrease of specific resistance. Furthermore, there were defined the basic elec-trophusical properties of n- ZnO/p-Si, hetero junction. During investigation there was proposed and realized a modeling of n-ZnO/p-Si, n-ZnO/n-CdS /p-CIGS, n-ZnO/n-CdS/p-Si and n-ZnO/AlN/p-Si hetero systems. The modeling and experimental results were compared. As a result of conducted experimental researches the optimal modes of ZnO and AlN film obtaining were determined, a structure-phase analysis was carried out, opti-cal and electro physical properties of pure and aluminum-doped ZnO films were in-vestigated. While comparing the modeling and experimental results there was deter-mined that implementation of AlN film into the solar cell structure improves its char-acteristics. It was defined, that the increase of Al concentration ZnO films leads to the increase of band gap of the material, so that such layers can be used as window layers in solar cells. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/29538