Optimisation des absorbeurs CIGS en couches minces pour des cellules solaires bifaciales
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
In this work, the absorber layer of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) and the In2Se3 buffer layers were deposited by low cost techniques using close-spaced vapor transport technique (CSVT) and physical vapor deposition (PVD) technique.
The results obtained show that the deposition of CuIn0.7Ga0.3Se2 thin layers by a CSVT technique made it possible to obtain very homogeneous and well crystallized films with a preferential orientation in the (112) direction, the compositions are very close to the stoichiometry. The optical and electrical parameters of the samples prepared at 450 ° C and 480 ° C were determined. The gap values are Included between 1.06 eV and 1.15 eV. The resistivity of the layers increases with increasing deposition substrate temperature. It is between 65 and 90 Ω.cm, an almost constant mobility of the order of 3 cm2/Vs. Concerning the In2Se3 buffer layers, the electrical measurements have revealed that the latter are practically insulating and the optical measurements show that the transmission at low wavelengths is less than 60%. Furthermore; we will use the physical parameters of the thin films deduced experimentally, we will seek the optimal conditions for the realization of bifacial solar cells based on CIGS, using appropriate software: AMPS-1D.
The study is to simulate the J-V characteristics of the heterostructures of the type: ZnO:Al/i- ZnO/In2Se3/ODC/CIGS/p++CIS/SnO2:F/SLG. The results obtained show that the CIGS layer significantly affects the performance of the photovoltaic cell illuminated through the back contact when the thickness of the absorber is reduced. In order to achieve the high efficiency of the bifacial cells, a very thin layer highly doped of p++-CIS is added to the absorber at the p-CIGS/SnO2:F interface, to reduce the recombination rate at the back contact of the p CIGS
absorber. Thus, the defect layer (ODC) presented at the In2Se3/CIGS interface is considered beneficial for improving the performance of the CIGS cells, has the effect of significantly reducing interface recombinations. The best efficiency of 16.3% and 14% were obtained with illumination from the front and the back contact, respectively and
these results clearly demonstrate the potential of this device structure
Description
Dans ce travail les couches absorbantes CuIn0.7Ga0.3Se2 (CIGS) et les couches tampons In2Se3 ont été déposées en utilisant la technique de transport chimique en phase vapeur à courte distance (CSVT) et la technique de L’évaporation thermique sous vide (PVD). Les résultats obtenus montrent que le dépôt de couches minces de CIGS par la technique CSVT a permis d’obtenir de films très homogènes et bien cristallisés avec une orientation préférentielle suivant la direction (112). Les compostions sont très proches de la stoechiométrie. Les paramètres optiques et électriques des échantillons élaborés à 450 °C et à 480 °C ont été déterminés. Les valeurs du gap sont comprises entre 1,06 eV et 1,15 eV. La résistivité des couches augmente avec l’accroissement de la température de dépôt. Elle est comprise entre 65 et 90 Ω.cm. Une mobilité quasi-constante de l’ordre de 3 cm2/Vs a été obtenue.
Concernant les couches tampons d’In2Se3, les mesures électriques ont révélées que ces dernières sont pratiquement isolantes et les mesures optiques montrent que la transmission aux faibles longueurs d’ondes est inférieure à 60 %. Les paramètres physiques des films minces obtenus expérimentalement sont utilisés dans la simulation, par l’AMPS-1D, de cellules solaires bifaciales ZnO:AL/i-ZnO/In2Se3/ODC/CIGS/p++CIS/SnO2:F/SLG, afin de rechercher les conditions optimales de ce type de cellules. L’étude faite consiste à simuler les caractéristiques J-V de ces hétérostructures. Les résultats obtenus montrent que la couche CIGS influe de manière significative sur les performances photovoltaïques de la cellule éclairée à travers le contact arrière lorsque l’épaisseur de l’absorbeur est réduite. Pour atteindre l'efficacité élevée des cellules bifaciales, une couche très mince et fortement dopée de type
p++CIS est insérée à l'interface p-CIGS/SnO2:F pour réduire le taux de recombinaison au contact arrière de l’absorbeur.
La couche de défauts (ODC) présente à l’interface In2Se3/CIGS est considérée comme bénéfique pour améliorer les performances de la cellule. Elle a pour effet de réduire les recombinaisons d’interface de manière significative. Les résultats optimisés de la cellule bifaciale proposée présente des rendements de 16,3% et 14% pour l'illumination avant
et arrière, respectivement, ce qui démontre le potentiel de cette structure