Моделювання функціональних характеристик сонячних елементів на основі ZnO І TiO2

Abstract

UA: У статті розглянуто одноперехідні конфігурації сонячних елементів, що являють собою гетероструктури з оксидними плівками ZnO і TiO2 в якості електронного транспортного матеріалу та напівпровідникові підкладки Si, GaAs та CIGS в якості поглинального матеріалу. З використанням чисельного інструменту моделювання сонячних елементів програми wxAMPS отримано фотовольтаїчні параметри (фактор заповнення, напруга холостого ходу, щільність струму короткого замикання та ККД) гетероперехідних фотоелектричних перетворювачів ZnO/Si, ZnO/GaAs, ZnO/CIGS, TiO2/Si, TiO2/GaAs, TiO2/CIGS. Максимальне значення ефективності 24,84 % отримано при моделюванні параметрів структури ZnO/GaAs. Розраховано температурні залежності ККД досліджуваних фотоперетворювачів у межах температур 280-330 К. Встановлено, що зміна ефективності фотоперетворювачів на основі гетероструктур ZnO/Si і TiO2/Si при зміні температури становить 3,31% і 3,43% відповідно, для інших розглянутих структур дана величина не перевищує 2,7 %. EN: The article discusses single-junction configurations of solar cells. These cells are heterostructures with ZnO and TiO2 oxide films as electronic transport material and semiconductor substrates Si, GaAs and CIGS as absorption material. Using the numeral tools, the modeling of the solar cells of the wxAMPS program obtained photovoltaic parameters (density short circuit current JSC, open circuit voltage VOC, fill factor FF and efficiency η) of heterojunction photoelectric converters ZnO/Si, ZnO/GaAs, ZnO/CIGS, TiO2/Si, TiO2/GaAs, TiO2/CIGS. The values for the input parameters of the layers of heterostructures are taken from literary sources and numerical data. The measurement of the parameters of the solar cells was carried out during the radiation spectrum corresponding to AM1.5 and the integral density of the radiation flow of 1000 W/m2. The temperature was 300 K. The maximum performance value of 24.84 % was obtained for the ZnO/GaAs structure. The minimum efficiency (12.29 %) is obtained for the ZnO/Si structure. The temperature dependences of the efficiency of the studied photoconverters are calculated. The temperature range was 280-330 K. It was confirmed that the voltage of the photocell is inversely proportional to the temperature, but the current was directly proportional. Changing the short circuit current and open circuit voltage leads to a change in the filling coefficient and efficiency of solar cells. An increase in the current of the solar cell associated with the excitation of a large number of electron-free pairs for the selected temperature range is ~0.02 mA/cm2 . Changing the efficiency of photoconverters based on the ZnO/Si and TiO2/Si heterostructures with a temperature change is 3.31 % and 3.43 %, respectively. For the remaining considered structures, the change in efficiency does not exceed 2.7 %.