The Simultaneous Impacts of the p nc-SiOx:H Window Layer Band Gap and the Back Reflection on the Performances of a-Si:H Based Solar Cells

Abstract

У роботі представлені результати чисельного моделювання одночасного впливу ширини забороненої зони віконного шару p-nc-SiOx:H (Eg) і зворотного відбиття (RB) на фотогальванічні характеристики сонячних елементів з гідрогенізованого аморфного кремнію (a-Si:H). Для моделювання ми використали код AMPS-1D (одномірний аналіз мікроелектронних і фотонних структур). Моделювання проводилося на двох конфігураціях досліджуваного елементу, одна без заднього відбивача (RB = 0), а інша із заднім відбивачем (RB = 0.8). Результати моделювання показали, що найкращі вихідні параметри елементу були отримані у випадку структури з заднім відбивачем і коли значення ширини забороненої зони р-вікна лежить в діапазоні від 2.05 еВ до 2.10 еВ. З одного боку, значення розривів на зонній діаграмі рівнів зони провідності ΔEC1 and ΔEC2 і рівнів валентної зони ΔEV1 (межа поділу між віконним шаром і буферним шаром) і ΔEV2 (межа поділу між буферним шаром і активним шаром) досліджені для кращого розуміння варіацій ефективності (Eff) як функції Eg віконного шару. З іншого боку, отримано, що спектральна характеристика (SR) дуже чутлива до коливань ширини забороненої зони віконного шару в діапазоні довжин хвиль від 0.35 до 0.55 мкм для обох випадків. Проте спектральна характеристика зменшується зі збільшенням Eg. Нарешті, спектральна характеристика сонячних елементів покращилася в діапазоні довжин хвиль від 0.55 до 0.7 мкм, а найкраще значення ефективності Eff = 11.43 % було отримано у випадку структури з заднім відбивачем.

In this study we have presented an investigation, by using numerical simulation, the simultaneous impacts of the p nc-SiOx:H window layer band gap (Eg) and the back reflection (RB) on the photovoltaic performances of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) solar cells. For simulation, we have used the AMPS-1D (One Dimensional Analysis of Microelectronic and Photonic structures) code. The modeling was carried out on two configurations of the studied cell, one without rear reflector (RB = 0) and the other with rear reflector (RB = 0.8). The simulated results showed that the best output parameters of the cell were obtained in the case of the structure with rear reflector and when the value of the p-window layer band gap lies in the range from 2.05 eV to 2.10 eV. On the one hand, the values of the band diagram discontinuities on the conduction band levels ΔEC1 and ΔEC2 and on the valence band levels ΔEV1 (interface between the window layer and the buffer layer) and ΔEV2 (interface between the buffer layer and the active layer) are investigated to better understand the efficiency (Eff) variations as a function of the window layer Eg. On the other hand, it is also obtained that the spectral response (SR) is very sensitive to the window layer band gap variations in the wavelength range from 0.35 to 0.55 μm for both cases. However, the spectral response decreases with the increase of Eg. Finally, the solar cell spectral response has improved in the wavelength range from 0.55 to 0.7 μm, and the best efficiency value (Eff = 11.43 %) was obtained in the case of the structure with rear reflector.