شبیه‏سازی لایه بافر Zn(O,S)/(Zn,Mg)O در سلول‏های خورشیدی بر پایه CIGS

چکیده مقاله

ساختار نوعی یک سلول خورشیدی لایه نازک CIGS به صورت Mo/CIGS/buffer layer/i-ZnO/TCO است که در آن از CdS به عنوان لایه بافر استفاده می‏شود. اما استفاده از CdS به دلیل سمی بودن مورد علاقه نیست. از طرفی CdS گاف حدود eV2.4 دارد که طول موج‏های محدوده‏ی 350 تا 550 نانومتر از طیف خورشید را جذب می‏کند. بنابراین ضروری است که لایه بافر با ماده‏ای که سازگاری بهتری با محیط زیست دارد و گاف انرژی بزرگتری دارد، ضروری است. تا کنون مواد زیادی به عنوان لایه بافر امتحان شده‏اند ا ما از بین آنها (Zn1-x,Mgx)O و Zn(Oy,S1-y) بیشتر مورد توجه قرار گرفته‏اند زیرا گاف آنها را می‏توان به ترتیب با میزان Mg و S تغییر داد. در این تحقیق هر دو لایه CdS و i-ZnO با لایه‏های (Zn,Mg)O و (Zn,S)O جایگزین شده‏اند و Mo/CIGS/ZnOS/ZnMgO/TCO شبیه‏سازی شده است و بهینه مقدار Mg و S در این لایه‏های محاسبه شده است. شکل 1-الف تغییرات جریان مدار کوتاه سلول را بر حسب تغییرات Mg و S در لایه‏های ZnMgO و ZnOS نشان می‏دهد. وقتی که نسبت y=O/(O+S) در لایه ZnOS کمتر از 0.3 است صرفنظر از میزان Mg در لایه ZnMgO جریان مدار کوتاه سلول تقریبا صفر است که این به دلیل سد پتانسیل مثبت بزگی است که در فصل مشترک Zn(O,S)/CIGS بوجود ‏می‏آید. به ازای تمام مقادیر Mg با افزایش y مقدار JSC افزایش می‏یابد تا اینکه به بیشترین مقدار خود در 4/0y= می‏رسد و به ازای yهای 4/0 تا 5/0 و همه‏ی مقادیر Mg در این ماکسیمم مقدار خود باقی می‏ماند. برای xهای کمتر از 16/0 با افزایش بیشتر y مقدار JSC به میزان اندکی تغییر می‏کند و برای xهای بزرگتر، ماکسیمم JSC با افزایش x در yهای کوچکتری اتفاق می‏افتد. ولتاژ مدار باز سلول تقریبا برای همه مقادیر x و y به جز در ناحیه کم اکسیژن ZnOS که جریان محدود بود، مقدار ثابت 7/0 را دارد زیرا VOC به میزان گالیم در لایه CIGS بستگی دارد که در این کار ثابت در نظر گرفته شده است. نمودار تغییرات بازدهی بر حسب تغییرات Mg و S در لایه‏های ZnMgO و ZnOS در شکل 1-ب نشان داده شده است. نتایج نشان داد که بیشترین بازدهی در 0.5 < y < 0.6 و 0.1 < x < 0.25بدست می‏آید.