Improving the Performance of CZTS/CZTSSe Tandem Thin Film Solar Cell

Abstract

Методом чисельного моделювання з використанням Silvaco-Atlas досліджені параметри тандемних сонячних елементів CZTS/CZTSSe. По-перше, характеристики звичайних CZTS/CdS/ZnO та CZTSSe/CdS/ZnO окремих сонячних елементів із товщиною обох шарів поглинача 360 нм та 3 нм відповідно були досліджені незалежно. Тонкоплівкова комірка CZTS з широкою забороненою зоною та комірка на основі CZTSSe з вузькою забороненою зоною мають ефективність перетворення 11,10 % і 13,76 % відповідно. Це узгоджується з результатами експериментів і моделювання, опублікованими раніше. Крім того, ідентифікується конфігурація тандемної клітини CZTS/CZTSe, яка зберігає ідентичні властивості матеріалу. Отримана висока ефективність перетворення 25,27 %. Товщина адсорбційного шару CZTS верхньої комірки була оптимізована як вирішальний фактор для підвищення продуктивності тандему. Оптимальна товщина, яка збігається з найвищою ефективністю 26,05%, становить 420 нм. Отримані вихідні параметри: Jsc = 28,46 мА/см2, Voc = 1,27 В і FF = 71,83 %. Ці запропоновані результати можуть допомогти в майбутніх дослідженнях і призвести до виготовлення сонячних елементів на основі CZTSSe.

Numerical simulation of CZTS/CZTSSe tandem solar cells utilizing Silvaco-Atlas was investigated. Firstly, the performances of conventional CZTS/CdS/ZnO and CZTSSe/CdS/ZnO single solar cells with thicknesses for both absorber layers at 360 nm and 3 nm, respectively, were studied independently. A wide band gap CZTS thin-film cell and a narrow band gap CZTSSe-based cell present conversion efficiencies of 11.10% and 13.76% respectively. This agrees with experimental and simulation results previously published. Furthermore, a CZTS/CZTSe tandem cell configuration is identified keeping the identical material properties. A good conversion efficiency of 25.27% was obtained. Finally, the thickness of the CZTS adsorption layer of the top cell was optimized as a crucial factor to enhance the tandem performance. Optimal thickness coinciding to a highest efficiency of 26.05% is 420 nm. The output parameters obtained are, Jsc = 28.46 mA/cm2, Voc = 1.27 V and FF = 71.83%. This suggested results may help in the future research and may lead to the fabrication of CZTSSe-based solar cells.