ZnO/CdS/CuIn(S,Se)2 heteroeklem güneş pillerinde admittans spektroskopisi ve akım-iletim mekanizmaları

Abstract

Bu çalışmada toplu buharlaştırma tekniğiyle büyütülmüş olan CuIn(S,Se)2tabanlı heteroeklem aygıtların elektronik özellikleri iki grupta ele alınarakincelenmiştir. Birinci grup, Cu/In oranı sabit S/(S+Se) oranı değişken; ikinci grup iseS/(S+Se) oranı sabit Cu/In oranı değişken örneklerden oluşmaktadır. Parametreleristokiometriye bağlı güneş pillerinin akım-gerilim karakteristikleri 250C sıcaklıkta100mW/cm2'lik ışınım altında ölçülmüştür. Soğurucu tabakasındaki bakır oranı sabitörneklerde, bulunan Voc ve doluluk faktörü değerlerinin S/(S+Se) oranına göre azduyarlı iken Jsc değerlerinin azaldığı belirlenmiştir. Bununla birlikte S/(S+Se) oranısabit Cu/In oranı değişimine göre Voc ve doluluk faktörü değerlerinin arttığı ve Jscdeğerlerinin az duyarlı olduğu saptanmıştır.Eklem kapasitansı ölçümlerinde, tabakadaki Cu/In oranı sabit iken tuzakseviyelerinin aktivasyon enerji değerlerinin tümünün benzer özellik gösterdiği veyaklaşık 110meV civarında olduğu saptanmıştır. Cu/In oranı azalırken ise bir öncekituzak seviyelerinin 229meV ve 246meV olduğu saptanmıştır.Heteroeklemlerin yasak enerji aralığı değerleri kuantum verimliliği (QE)spektrali ile belirlenmiş olup soğurucu tabakanın yasak enerji aralığı değerlerinin1.0eV ile 1.3eV arasında olduğu bulunmuştur. Güneş pillerinin sıcaklığa bağımlıakım-gerilim ölçümlerinde ise baskın olan akım-iletim mekanizmaları belirlenmeyeçalışılmıştır. Tüm güneş pillerinin aktivasyon enerji değerlerinin yasak enerji aralığıdeğerlerinden daha küçük değerde olduğu bulunmuş ve baskın olan akım iletimmekanizmasının ara yüzeyde yeniden birleşme mekanizması olduğu belirlenmiştir.

This work attempts to analyse the data on electronic properties of two groupsof CuIn(S,Se)2 based heterojunction devices deposited by co-evaporation technique.In the first group of samples; Cu/In ratio was kept constant and S/(S+Se) ratio waschanged, in the second group S/(S+Se) ratio was maintained the same while theCu/In ratio was altered. In an attempt to correlate solar cell parameters to thestoichiometry, current-voltage characteristics of these cells were measured under anillumination of 100mW/cm2 at 250C. For the constant copper content in the absorberlayers, both Voc and fill factor values are found to be only slightly sensitive to theS/(S+Se) ratios, whereas Jsc values decreased with increasing the S/(S+Se) ratios.However for the constant S/(S+Se) content, as the Cu/In ratio increases Voc and fillfactor values were observed to be improved significantly but Jsc exhibits only slightchange.From the junction capacitance measurements, for the constant Cu/In contentin the layers, all the activation energy values of the trap levels determined exhibitedsimilar values around 110meV. As the Cu/In ratio is reduced, in addition to theformer level, trap levels at about 229meV and 246meV were identified.The dependence of the band gap energy, Eg on the composition wasdetermined from the evaluation of quantum efficiency (QE) spectra of theheterojunctions. The values of the band gap energy for the absorber layers werefound to change between 1.0eV and 1.3eV. Temperature dependent current-voltagemeasurements were used to determine the dominant current mechanism in these solarcells. Basically for all types of the cells, the current was found to mainly bedominated by the recombination at the hetero-interface, with activation energiessmaller than the values of the band gap of the absorber material.