Establishment of the Prospective CZTGS Photovoltaic through the Optimization of Some Device Parameters

Abstract

У даній роботі чисельне моделювання та моделювання тонкоплівкових сонячних елементів CZTGS було виконано за допомогою симулятора ємності сонячних елементів (SCAPS-1D). Структура пристрою AZO/CdS/CZTGS/Mo змодельована за допомогою цієї одновимірної програми моделювання. Базова модель пристрою дала ефективність ƞ = 9,39 %, коефіцієнт заповнення FF = 63,61 %, напругу холостого ходу Voc = 0,86 В і струм короткого замикання Jsc = 17,39 мА/см2. При процесі оптимізації змінюються товщини шару поглинача, концентрації легування та робоча температура пристрою. Оптимальні значення цих параметрів: товщина шару поглинача 2,0 мкм, концентрація легування 1 . 1016 см – 3 при товщині 2,0 мкм і робоча температура 310 К з роботою виходу матеріалу тильного контакту 5,0 еВ. Такі значення нададуть важливу інформацію та вказівки для розробки високоефективної та перспективної фотоелектричної системи CZTGS.

In this work, numerical modelling and simulation of CZTGS thin film solar cells have been carried out using the Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS-1D). A device structure of AZO/CdS/CZTGS/Mo was modelled using this one-dimensional simulation program. The baseline model of the device gave an efficiency ƞ = 9.39 %, a fill factor FF = 63.61 %, an open circuit voltage Voc = 0.86 V, and a short circuit current Jsc = 17.39 mA/cm2. The optimization process includes the variation of the absorber layer thickness, doping concentration, and device operating temperature. The optimal values of these parameters include an absorber layer thickness of 2.0 µm, a doping concentration of 1 x 1016 cm – 3 at a thickness of 2.0 µm, and an operating temperature of 310 K with a back contact material work function of 5.0 eV. These values will provide essential information and guidelines for the development of a highly efficient and pro-mising CZTGS photovoltaics.