Оптимізація структурних, електричних та оптичних характеристик шарів тонкоплівкових сонячних елементів на основі оксидів Mg, Zn, Cu, отриманих спрей-піролізом

Abstract

Дисертаційна робота присвячена визначенню ефективності та основних фотоелектричних характеристик (зовнішнього і внутрішнього квантових виходів, напруги холостого ходу, густини струму короткого замикання, фактора заповнення ВАХ) сонячних елементів (СЕ) на основі гетеропереходу (ГП) n-Zn1-xMgxO / p-CuxO з фронтальними струмознімальними прозорими шарами n-ITO, ZnO:Al залежно від конструктивних особливостей приладів за допомогою моделювання фізичних процесів у ФЕП; оптимізації конструкції таких приладів шляхом мінімізації оптичних і рекомбінаційних втрат у СЕ; дослідженню впливу фізико-технологічних умов нанесення функціональних шарів MgO, ZnO, Zn1-xMgxO, CuO методом пульсуючого спрей-піролізу на їх структурні, субструктурні, оптичні та електрофізичні властивості для оптимізації характеристик із метою подальшого використання як базових шарів ФЕП; створенню прототипу приладу на основі ГП n-Zn1-xMgxO / p-CuO та визначенню його електричних властивостей. Встановлені взаємозв’язки між фізико- і хіміко-технологічними умовами нанесення плівок оксидів металів та їх структурними, субструктурними, оптичними властивостями, елементним складом можуть бути використані для подальшого створення приладів опто- та мікроелектроніки, геліоенергетики і сенсорики з покращеними характеристиками.

Диссертационная работа посвящена определению эффективности и основных фотоэлектрических характеристик (внешнего и внутреннего квантовых выходов, напряжения холостого хода, плотности тока короткого замыкания, фактора заполнения ВАХ) солнечных елементов (СЭ) на основе гетероперехода (ГП) n-Zn1-xMgxO / p-CuxO с фронтальными токосъемными прозрачными слоями n-ITO, ZnO:Al в зависимости от конструктивных особенностей приборов с помощью моделирования физических процессов в ФЭП; оптимизации их конструкции путем минимизации оптических и рекомбинационных потерь в СЭ; исследованию влияния физико-технологических условий нанесения функциональных слоев MgO, ZnO, Zn1-xMgxO , CuO методом пульсирующего спрей-пиролиза на их структурные, субструктурные, оптические и электрофизические свойства для оптимизации их характеристик с целью дальнейшего использования в качестве базовых слоев ФЭП; созданию прототипа прибора на основе ГП n-Zn1-xMgxO / p-CuO и определению его электрических свойств. Установленные взаимосвязи между физико- и химико-технологическими условиями нанесения пленок оксидов металов и их структурными, субструктурными, оптическими свойствами, элементным составом могут быть использованы для дальнейшего создания приборов опто- и микроэлектроники, гелиоэнергетики и сенсорики с улучшенными характеристиками.

PhD thesis is devoted to determining the efficiency η and the main photoelectric characteristics (external and internal quantum yield, open circuit voltage, short-circuit current density, fill factor) of solar cells based on n-Zn1-xMgxO / p-CuxO heterojunctions with frontal transparent contacts n-ITO, ZnO:Al, depending on the design features of the devices by modelling the physical processes in the solar cells; to optimization of the design of such solar cells by minimizing optical and recombination losses in such devices; to the study of influence of the physical conditions of deposition of functional layers of MgO, ZnO, Zn1-xMgxO, CuO by the spray pyrolysis method on their structural, substructural, optical, and electrical properties in order to optimize their characteristics with a view to further its usage as the base layers of solar cells; to creating a prototype device based on n-Zn1-xMgxO / p-CuO heterojunction and determining its electrical properties. The established relationships between the MgO, ZnO, CuO films growth conditions and Zn1-xMgxO nanocrystals synthesis conditions and structural, substructural, optical properties, chemical composition could be used to further development of photovoltaic devices with the enhanced characteristics. The prototype of the solar cell with the ITO / n- Zn1-xMgxO / p-CuO / Cu structure was created.