Study of the Effect of Absorber Layer Thickness of CIGS Solar Cells with Different Band Gap Using SILVACO TCAD

Abstract

У роботі ми змоделювали тонкоплівковий сонячний елемент на основі міді, індію, галію та селеніду (CIGS) за допомогою симулятора SILVACO Atlas. Моделювання електричних характеристик та квантової ефективності проводилось при освітленні AM1,5 та температурі 300 К. У роботі ми змінили ширину забороненої зони CuInxGa1 – xSe, щоб оптимізувати ефективність сонячного елементу. Ми отримали його, варіюючи товщину шару поглинача з різними молярними частками x, які впливають на ефективність сонячного елементу. Результат моделювання показує, що максимальна ефективність 16,62 % була досягнута при ширині забороненої зони 1,67 еВ і товщині 3 мкм, густині струму короткого замикання 29,293 мА/см2, напрузі холостого ходу 1,29 В і коефіцієнта заповнення 87,79 %. Отримані результати показують, що запропоновану конструкцію можна розглядати як потенційного кандидата для високоефективних фотоелектричних застосувань.

In this paper, we have simulated a copper indium gallium selenide (CIGS) thin-film solar cell using a physically based two-dimensional device simulator SILVACO Atlas. The simulation of electrical characteristics and quantum efficiency was under AM1.5 illumination and a temperature of 300 K. In this work, we changed the band gap of CuInxGa1 – xSe to optimize the efficiency of the solar cell. We obtained it by varying the absorber layer thickness with different mole fractions x that affects the efficiency of the solar cell. The simulation result shows that the maximum efficiency of 16.62 % was achieved with a band gap of 1.67 eV and a thickness of 3 µm, a short-circuit current density of 29.293 mA/cm2, an open-circuit voltage of 1.29 V, and a fill factor of 87.79 %. The obtained results show that the proposed design can be considered as a potential candidate for high performance photovoltaic applications.