Моделирование структуры оксидного солнечного элемента (2022)

Проведено численное моделирование оксидного солнечного элемента на основе p–n гетероперехода Cu2O/TiO2 для оптимизации его структуры и повышения эффективности преобразования энергии. Исследовано влияние толщин слоев, концентраций акцепторов и доноров в слоях Cu2O и TiO2, а также работы выхода из материала тыльного контакта на фотоэлектрические параметры солнечного элемента. Получено, что оптимальная толщина слоев Cu2O и TiO2 составляет 1,5 мкм и 100 нм соответственно. Показано, что для получения высокой эффективности солнечного элемента концентрация акцепторов в слое Cu2O должна составлять 1016 см-3, а концентрация доноров в слое TiO2 должна быть 1019 см-3. Получено, что работа выхода материала тыльного контакта должна быть не менее 4,9–5 эВ для достижения высоких значений эффективности. Наиболее подходящими материалами для контакта к Cu2O являются Ni, C и Cu. Для солнечного элемента на основе p–n гетероперехода Cu2O/TiO2 получена максимальная эффективность 10,21 % (плотность тока короткого замыкания 9,89 мА/см2, напряжение холостого хода 1,38 В, фактор заполнения 74,81 %). Результаты могут быть использованы при разработке и формировании гетероструктур недорогих оксидных солнечных элементов.

The article discusses numerical simulation of an oxide solar cell based on a Cu2O/TiO2 p–n heterojunction was carried out to optimize its structure and increase the efficiency of energy conversion. The influence of layer thicknesses, concentrations of acceptors and donors in Cu2O and TiO2 layers, as well as the work function of the back contact material on the photoelectric parameters of the solar cell is studied. It was found that the optimal thickness of Cu2O and TiO2 layers is 1.5 µm and 100 nm, respectively. It is shown that to obtain a high efficiency of a solar cell, the concentration of acceptors in the Cu2O layer should be 1016 cm-3, and the concentration of donors in the TiO2 layer should be 1019 cm-3. It has been found that the work function of the back contact material must be at least 4.9–5 eV in order to achieve high efficiency values. The most suitable contact materials for Cu2O are Ni, C and Cu. For a solar cell based on a Cu2O/TiO2 p-n heterojunction, a maximum efficiency of 10.21 % was obtained (short circuit current density 9.89 mA/cm2, open circuit voltage 1.38 V, fill factor 74.81 %). The results can be used in the development and formation of heterostructures of inexpensive oxide solar cells.

Тип: Статья
Автор (ы): Саенко Александр Викторович
Соавтор (ы): Рожко Андрей Алексеевич, Малюков Сергей Павлович, Климин Виктор Сергеевич

Идентификаторы и классификаторы

SCI
Физика
УДК
621.383.51. Фотогальванические элементы, солнечные элементы и батареи (вентильные элементы, панели)
Префикс DOI
10.51368/1996-0948-2022-4-54-63
eLIBRARY ID
49424562
Текстовый фрагмент статьи