Features of Photoelectric Processes in CdS/CdTe Thin Film Heterosystems with Nanoscale Layers in Back Contacts

Abstract

Проведено порівняльне дослідження впливу рівня інтенсивності сонячного випромінювання на вихідні параметри та світлові діодні характеристики сонячних елементів на основі гетеросистеми CdS/CdTe з різними типами тильного контакту. Показано, що досліджувані сонячні елементи, отримані методом вакуумного термічного випаровування, мають максимальне значення ККД в умовах освітленості 60 % АМ1,5. Наявність максимуму обумовлена зменшенням значення коефіцієнта заповнення світлової вольт-амперної характеристики за рахунок зменшення значення шунтуючого опору, на фоні зростання струму короткого замикання і напруги холостого ходу при збільшенні освітленості. У разі розв'язання задачі зі зменшенням опору шунта можна очікувати, що тенденція до зростання ККД із збільшенням рівня освітленості може бути продовжена в області концентрованого випромінювання. Показано, що не тільки матеріал зворотного контакту, а й характер міжфазової взаємодії тильного контакту з базовим шаром CdTe має визначальний вплив на залежність значення послідовного опору цих сонячних елементів, отриманих методом вакуумного термічного випаровування, від рівня освітленості. Спостережувана немонотонна залежність густини діодного струму насичення від рівня освітленості пов'язана з двома конкуруючими фізичними механізмами. Один механізм передбачає традиційне збільшення значення діодного струму насичення за рахунок збільшення концентрації нерівноважних носіїв заряду, що генеруються під дією сонячного випромінювання, а другий визначає зменшення діодного струму насичення за рахунок заповнення пасток, що призводить до збільшення часу життя носіїв заряду.

A comparative study of the influence of the solar radiation intensity level on the output parameters and light diode characteristics of solar cells (SCs) based on the CdS/CdTe heterosystem with different types of back contact has been carried out. It is shown that the studied SCs obtained by vacuum thermal evaporation method have the maximum efficiency under illumination conditions of 60 % AM1.5. The presence of a maximum is caused by a decrease in the fill factor of the light I-V characteristic due to a decrease in the shunt resistance, while the short-circuit current and open-circuit voltage increase with increasing illumination. In the case of solving the problem with a decrease in the shunt resistance, it can be expected that the tendency to an increase in the efficiency with increasing illumination level can be continued in the region of concentrated radiation. It is shown that not only the back contact material, but also the nature of the interphase interaction of the back contact with the base CdTe layer has a determinative influence on the illumination dependence of the series resistance of these SCs obtained by vaсuum thermal evaporation method. The observed nonmonotonic dependence of the diode saturation current density on the illumination level is associated with two competing physical mechanisms. One mechanism assumes the traditional increase in the diode saturation current due to an increase in the concentration of nonequilibrium charge carriers generated by light, and the other one determines a decrease in the diode saturation current due to the filling of traps, which leads to an increase in the charge carrier lifetime.