Role of TCO Films in Improving the Efficiency of CdS/MoS2 Heterojunction Solar Cells

Abstract

Тонкоплівковий сонячний елемент є сонячним елементом другого покоління, який виготовляється шляхом нанесення одного або більше тонких шарів. Головною новизною даної роботи є вперше зроблений аналіз параметрів, що перешкоджають ефективності фотоелектричного пристрою на основі гетеропереходу CdS/MoS2. У роботі досліджено вплив прозорого провідного оксиду (ППО) з використанням тонкої плівки оксиду цинку ZnO або оксиду свинцю PbO на характеристики сонячних елементів гетеропереходу CdS/MoS2 (щільність струму короткого замикання JSC, напруга розімкнутого ланцюга VCO, потужність-напруга (P-V) і ємність-напруга (С-V)). Усі ці характеристики реалізовані в одновимірній програмі чисельного моделювання SCAPS. Отримані результати показують, що в результаті використання ППО, щільність струму короткого замикання JSC зменшується як функція прикладеної напруги для обох елементів. Незначне зниження щільності струму відбувається нижче 0.6 В і суттєве – вище цієї напруги. З іншого боку, щільність потужності зростає майже лінійно до максимуму ~ 3.83 і 3.29 мВт/см2 для ZnO і PbO TCO, відповідно. Зміна ємності з напругою аналогічна зміні щільності струму для обох конфігурацій, і було виявлено, що ефективність сонячних елементів з покриттям ZnO вище, ніж елементів, покритих PbO.

Thin film solar cell is a second generation solar cell that is made by depositing one or more thin layers. Debutant analysis of the parameters impeding the efficiency of the CdS/MoS2 heterojunction based photovoltaic device is the chief novelty of the present report. In this work, we investigated the effect of Transparent Conductive Oxide (TCO) utilizing zinc oxide (ZnO) or lead oxide (PbO) antireflective thin film (ARC) on the characteristics of CdS/MoS2 heterojunction solar cell (short circuit current density Jsc, open circuit voltage VCO, power-voltage (P-V) and capacitance-voltage (С-V)). All these options are implemented in the one-dimensional numerical simulation program SCAPS. The results obtained show that as a result of the use of TCO, the short circuit current density Jsc decreases as a function of the applied voltage for both cells. The decrease in the current density is modest below 0.6 V and sharper above. On the other hand, the power density increases almost linearly to a maximum of ~ 3.83 and 3.29 mW/cm2 for ZnO and PbO TCO, respectively. The variation in the capacitance with the voltage is similar to the variation of the current density for both configurations and we found that the efficiency of ZnO coating solar cells is higher than of cells coated with PbO.