Studierea HJ ZnSe/CdTe pentru aplicatii

fotovoltaice

Elaborat:Stud. An .III Conducator stiintific Facultatea Fizica

Dr., conf. universitarPetru Dumitriu Potlog Tamara

Seleniură de zinc (ZnSe), este un compus binar de culoare galben deschis. Acesta este un semiconductor intrinsec, cu o banda de aproximativ 2.70 eV la 25 ° C. ZnSe apare rar in natura.

ZnSe se poate obtine atât în  structura hexagonala cit  şi cubica. Materialul poate fi dopat cu impuritati donoare, obtinindu-se un semiconductor de n-tip. Obtinerea p-tip este mult mai dificila, dar poate fi realizat prin introducerea azotului.

ZnSe este insolubil în apă, dar reacţionează cu acizii formind gazul toxic seleniura de hidrogen.Acesta poate fi depus ca un film subtire prin mai multe metode de evaporare în vid.

Acesta este folosit ca fereastră optică în domeniul infraroşu şi ca material pentru celule solare

CdTe este un compus cristalin format din cadmiu şi telur. Acesta este folosit ca strat absorbant pentru celule solare.

6% din toate celulele solare instalate în 2010 au fost construite pe baza de CdS/CdTe. Randamentul de conversie a energiei solare in electrica mondial atinge valoarea de 16,5 %. Acestea sunt printre cele mai ieftine de pe piata.

CdTe are solubilitate foarte scăzută în apă, este stabil în aer, chiar si la temperaturi mai ridicate.

În ultimii ani straturile subţiri obţinute în baza compuşilor A2B6 prezintă un interes deosebit pentru elaborarea convertoarelor fotovoltaice cu cost de producere redus. În present există o serie largă de publicaţii care reflectă proprietăţile straturilor subţiri de CdS, ce servesc în calitate de fereastră optică pentru componenta de bază absorbantă CdTe, obţinută la rîndul ei printr-un şir de metode tehnologice, cum ar fi: depunerea pirolitică, depunere electrolitică, epitaxie moleculară, depunerea chimică din vapori, sputtering, depunerea din baie chimică şi metoda voumului cuaziînchis. Însă banda interzisă a componentei CdS are o valoare relativ mică pentru heterostructura CdS/CdTe, întrucît o grosime de doar 0,1 µm de CdS e suficientă pentru ca aceasta din urmă să absoarbă 36 % din radiaţia incidentă cu o energie mai mare de 2,42 eV. Prin urmare, una din soluţiile de alternativă pentru sporirea randamentului de conversie este folosirea unei componente cu o bandă interzisă mai largă, cum ar fi selenura de zinc (ZnSe).Aceasta are o banda interzisă Eg=2,7 eV, ceea ce ar permite trecerea luminii cu o absorbtie mai diminuată.

Tabloul de difractie a straturilor subtiri de ZnSe

10 20 30 40 50 60 70

0

1x105

2x105

3x105

4x105

5x105

6x105

Inte

ns

ita

tea

, u

n.

arb

.

grade

ZnSe timp de depunere d, nm

1 4 min 14512 8 min 27353 11 min 4131

2- theta (grade)

d (ang) Indicii Miller ZnSe - 4 min

25.60 3.4771 (100)

27.19 3.2764 (111), (002)

45.16 2.0058 (220), (110)

49.16 1.8522 (103)

53.49 1.7114 (311), (112)

65.74 1.4192 (400)

72.65 1.3004 (331)

2- theta (grade)

d (ang) Indicii Miller ZnSe – 8 min

25.66 3.4685 (100)

27.20 3.27510 (111), (002)

29.08 3.0684 (101)

45.17 2.00537 (220), (110)

49.14 1.8524 (103)

53.51 1.7110 (311), (112)

65.82 1.4177 (400)

72.61 1.3009 (331)

2- theta (grade) d (ang) Indicii MillerZnSe – 11 min

27.21 3.2744 (111)

29.06 3.0707 Unknown

45.17 2.0056 (220)

53.51 1.7107 (311)

65.76 1.4188 (400)

72.57 1.3015 (331)

Parametrii structurali

ZnSe (11 min) a=5.6764 (ang).

ZnSe (8 min) a=5.6767 (ang);

ZnSe (8 min) a=4.0146 (ang);c=6.574

ZnSe (4 min) a=5.6765 (ang)

ZnSe (4 min) a=4.0123 (ang); c=6.5585 (ang)

Caracteristicile I-U a HJ ZnSe/CdTe la diferite temperaturi de depunere a stratului de ZnSe

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3J,

mA

/cm

2

U, V

P2(E=100 mW/cm2) P4(E=100 mW/cm2) P3(E=100 mW/cm2)

 oCJsc,mA/cm2

Ucd,

V FF η, % Rs RshPm,mW

Ts=240 0.19 0,73 0,34 0,34 148,54 476,85 2,6134

Ts=2801,2 0,6 0,48 0,48 760,11 17561,88 0,72

Ts=320 3.58 0,75 0,50 0,50 418,29 243034,1 0,1425

Tev=720 oC

Caracteristicile I-U a HJ ZnSe/CdTe cu diferite grosimi a stratului de ZnSe

-1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

-20

-15

-10

-5

0

5

J, m

A/c

m2

U, V

CdTe/ZnSe/Zn; d=4131 nm

CdTe/ZnSe; d=4131 nm

CdTe/ZnSe; d=2735 nm

Structurile Jsc,

mA/cm2

Ucd,

V

FF, %

η, %

ZnSe(4131 nm) /Zn/CdTe

18.48 0.71 35.67 4.68

ZnSe(4131 nm)/CdTe

10.70 0.75 41.36 3.33

ZnSe(2735 nm)/CdTe

4.58 0.72 30.80 1.01

Caracteristicile curent-tensiune a HJ ZnSe/CdTe la diferite

temperaturi de masurare

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

J,

mA

/cm

2

U, V

245 255 265 275 285 295 305 315 325

Dependenta ln J=f(U) curent-tensiune a HJ ZnSe /CdTe la

diferite temperaturi de masurare

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

ln(I

)

U, V

245 255 265 275 285 295 305 315 325

T, K Ud, V ln(I0) n1 n2245 0,185 -10,08 1,06 10,66255 0,218 -10,14 1,05 10,48265 0,263 -10,18 1,04 10,06275 0,302 -10,23 1,03 9,89285 0,387 -10,26 1,05 9,27295 0,435 -10,33 1,09 9,46305 0,469 -10,38 1,03 9,61315 0,474 -10,45 1,07 8,80325 0,5 -10,50 1,07 8,95

Caracteristicile curent-tensiune a HJ ZnSe/Zn/CdTe la diferite temperaturi de masurare

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

J, m

A/c

m2

U, V

245 255 265 275 285 295 305 315 325

Dependenta ln J=f(U) curent-tensiune a HJ ZnSe/Zn/CdTe la

diferite temperaturi de masurare

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8-15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

ln(I

)

U, V

245 255 265 275 285 295 305 315 325

T, K Ud, V ln(I0) n1 n2245 0,452 -9,8 1,82 8,71255 0,474 -10,16 1,96 8,60265 0,478 -10,33 1,76 8,92275 0,518 -10,47 1,70 8,92285 0,526 -10,60 1,66 9,01295 0,509 -10,73 1,66 9,60305 0,535 -10,82 1,69 8,99315 0,548 -10,90 1,72 8,63325 0,526 -11,04 1,63 8,80

Concluzii:• Am studiat tabloul de difractie a straturilor subtiri de ZnSe si am constatat

ca la grosimi mai mici a straturilor structura lor este polimorfa (contine atit faza cubica cit si hexagonala), iar la grosimi mai mari structura contine doar faza cubica.

• Am obtinut HJ ZnSe/CdTe la diferite temperaturi de depunere a stratului de ZnSe, sursa fiind pulberea de ZnSe de marca “oc”. Straturile depuse la temperaturi mai inalte (320°C la suport) au parametri fotovoltaici mai buni.

• Am obtinut HJ ZnSe/CdTe cu diferite grosimi a stratului de ZnSe. Heterojonctiunea cu grosimea stratului de ZnSe (4131nm) mai mare (cu structura numai cubica a ZnSe) are parametrii fotovoltaici mai mari: Jsc=10.70 mA/cm2; Ucd=0.75 V FF=41.36%; η=3.33 %. Plus la aceasta am observat ca depunerea unui strat suplimentar de Zn imbunatateste si mai mult parametrii fotovoltaici ai celulelor solare, dublind curentul de scurt-circuit si prin aceasta marind randamentul celulei pina la valoarea de 4.7%.

• Mecanismul de transport conform modificarii valorilor factorului de idealitate cu temperatura presupunem ca este recombinare-tunelare.

Va multumesc pentru atentie!