Key Aspects of CdTe/CdS Solar Cells
K. DuroseD. BoyleAnke E. AbkenC.J. OttleyPeter NolletS. DegraveMarc BurgelmanR. WendtJ. BeierD. Bonnet
52
Citation
17
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Recent developments in the following areas are briefly reviewed: a) the electrical structure of grain boundaries in CdTe absorbers, b) impurities and non-stoichiometry in CdTe solar cells and c) use of Sb2Te3 in contacts to CdTe. Nominally identical solar cells fabricated using 99.999% pure CdTe feedstock from two different suppliers were compared. Differences in the photovoltaic response and absorber grain size were correlated with the purity of the feedstock, the purer material giving the higher Voc, FF and efficiency, and larger grain size. Quantum efficiency and C–V measurements indicated that the performance differences are most likely to result from reduced doping at the back contact surface in the less pure sample. A quantitative SIMS study of Sb–Te contacts to CdTe reveals that annealing in air at 400 °C causes an influx of Sb and O into the absorber layer. Free energy calculations indicate that this is driven by the preferential reaction of O with Sb compared to CdTe oxidation.Keywords:
Cadmium telluride photovoltaics
Stoichiometry
Quantum Efficiency
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (0)
Досліджено фотоелектричні характеристики структур ITO/CdTe, виготовлених методом термічного вакуумного випаровування та шляхом осадження у квазізамкненому об'ємі до та після різних обробок. Частина зразків проходила "хлоридну" обробку, інша – відпал на повітрі. Після цього проводилась обробка зразків у плазмі водню та нанесення на них тонкої алмазоподібної плівки. Показано, що проведення "хлоридної" обробки структур ІТО/CdTe приводить до збільшення дифузійної довжини носіїв заряду у шарі CdTe. Проведення термовідпалу не впливає на значення дифузійної довжини носіїв заряду у шарі CdTe, але значно підвищує фоточутливість, що свідчить про зменшення на поверхні шару CdTe швидкості поверхневої рекомбінації. Шляхом комбінації термовідпалу, "хлоридної" обробки, плазмової обробки у водні та нанесення тонких алмазоподібних плівок отримано збільшення довжини дифузії носіїв заряду у шарі CdTe в усіх досліджуваних структурах ІТО/CdTe. На структурах ІТО/CdTe, отриманих термічним вакуумним випаровуванням, обробка у плазмі водню приводила до значного збільшення спектральної чутливості у діапазоні довжин хвиль 400–800 нм, а на структурах, які пройшли "хлоридну" обробку, значне збільшення спектральної чутливості досягалось після обробки у плазмі водню нанесення алмазоподібних плівок.
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (1)
Cadmium telluride photovoltaics
Cadmium sulfide
Cite
Citations (19)
Theoretical model based on the Buler-Volmer equation was developed to obtain the potential of perfect stoichiometry (PPS) under a variety of deposited conditions, and results were confirmed experimentally. It also shows that the stoichiometric deviation of CdTe thin film can be controlled accurately. The simulation of electrodeposited process for CdTe was conditioned in the acidic electrolyte containing reducible ions of Cd2+ and HTeO2+. Based on the simulated predictions, well-connected granular CdTe thin films were deposited at PPS. Due to near stoichiometric sample shows slightly p-type, the concentration of HTeO2+ ion was then decrease to reach more intrinsic condition under the PPS applied. Particularly, the p-type, near i-type and n type of CdTe thin films can be electrodeposited se-quentially. The thickness of each layers deposited was achieved by varying the applied potential with different deposited time.
Stoichiometry
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (5)
Stoichiometry
Cadmium telluride photovoltaics
Crystal (programming language)
Cite
Citations (41)
Quantum Efficiency
Cite
Citations (6)
Thin-film n-CdS/p-CdTe solar cells have been fabricated from electrodeposited CdS and CdTe layers. Cells made with crystalline CdTe films were 9.0%–11.5% efficiencies whereas those with CdTe of structural imperfection gave up to 6.8% efficiency. Cell efficiencies varied with growth conditions of CdTe depositions. Scanning electron micrographs and x-ray diffraction patterns showed that the CdTe deposits of relatively good cells had less grain boundaries and better crystallinity than less efficient cells. Capacitance measurements showed that the cells made with CdTe of structural imperfection had large number of interface states relative to those with crystalline CdTe films.
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (28)
Температура подложки играет ключевую роль при выращивании методом молекулярнолучевой эпитаксии соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ). Отклонение температуры от оптимального значения на 5-10 градусов может привести к образованию прорастающих дефектов и критическим образом сказаться на качестве выращиваемых структур. В условиях, когда определяющим механизмом теплообмена является тепловое излучение, постоянство мощности нагревателя не обеспечивает постоянной температуры подложки из-за изменения теплового баланса в начале роста [1, 2]. Поэтому актуальной задачей является определение температуры и направленности её изменения на начальной стадии эпитаксии КРТ, чтобы скомпенсировать эти изменения. Нами разработан и реализован метод бесконтактного измерения температуры подложки с буферным слоем CdTe. Он основан на температурной зависимости края поглощения CdTe, который определяется из спектров эллипсометрических параметров. Для этого создан и установлен на камеру эпитаксии КРТ адаптированный спектральный эллипсометр. Предложен алгоритм обработки спектров () и (), позволяющий с высокой точностью устанавливать начало интерференционных осцилляций в 6 мкм буферном слое CdTe и определять длину волны края поглощения CdTe. Проведена калибровка зависимости края поглощения от температуры. Метод позволяет определять температуру подложки Si/CdTe перед ростом КРТ, а также в начале роста при малых толщинах КРТ, пока наблюдаются интерференционные осцилляции эллипсометрических параметров на слое CdTe. Показаны результаты измерения температуры в процессе выхода на температурный режим (до 1600 с) и в первые минуты роста КРТ состава х=0.45 (выше 1600 с). Точность измерения температуры перед началом роста составляет 2-3 градуса и ухудшается с увеличением толщины слоя КРТ из-за возрастания в нём оптического поглощения. С началом роста КРТ наблюдается тренд к возрастанию температуры. На наш взгляд это связано с изменением излучательной способности растущей структуры, что приводит к нарушению теплового баланса. Численные оценки, выполненные по модели лучистого теплообмена, согласуются с экспериментом и показывают, что при нанесении 200 нм слоя КРТ возрастание температуры в стационарных условиях может достигать 50С. Таким образом, проведённые расчёты и эксперимент показывают, что для поддержания оптимальной температуры роста необходимо учитывать изменение излучательной способности гетероструктуры Hg1-xCdxTe/CdTe/Si и компенсировать это изменением режима нагрева.
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (0)
Photovoltaics significantly contributes towards the emerging renewable energy drive. Amongst the available thin film solar cell technologies, presently CdTe is leading at commercial state. CdS is being widely used as window layer in CdTe solar cell but challenged with toxicity. Therefore, this project explores the feasibility of CdSe as alternative window layer in CdTe solar cell. The CdSe is optimized to determine the best complete CdTe based solar cell. The study also compares the device performance of proposed CdSe/CdTeSe/CdTe solar cell with other reported CdSe/CdTe and CdS/CdSe solar cells. While degerming the optimized thickness of CdTe solar cell with respect to different prospective window layer materials, the simulation results reveal that CdTe thickness can significantly reduce, at least by 500 nm, with only 1% reduction in PCE by replacing conventional CdS window layer with CdSe layer. Furthermore, while determining the appropriate Se composition on CdSexTe1-x as this layer forms between CdTe and CdSe layer during the fabrication, it has been found that 18% efficiency can be obtained in CdTe solar cell if the stoichiometry of CdSexTe1-x can be maintained as CdSe0.3Te0.7 during the device fabrication.
Cadmium telluride photovoltaics
Cite
Citations (3)
Chlorine passivation treatment of cadmium telluride (CdTe) solar cells improves device performance by assisting electron–hole carrier separation at CdTe grain boundaries. Further improvement in device efficiency is observed after alloying the CdTe absorber layer with selenium. High-resolution secondary ion mass spectroscopy (NanoSIMS) imaging has been used to determine the distribution of selenium and chlorine at the CdTe grain boundaries in a selenium-graded CdTe device. Atomistic modeling based on density functional theory (DFT-1/2) further reveals that the presence of selenium and chlorine at an exemplar (110)/(100) CdTe grain boundary passivates critical acceptor defects and leads to n-type inversion at the grain boundary. The defect state analysis provides an explanation for the band-bending effects observed in the energy band alignment results, thereby elucidating mechanisms for high efficiencies observed in Se-alloyed and Cl-passivated CdTe solar cells.
Cadmium telluride photovoltaics
Passivation
Acceptor
Cite
Citations (21)