¿Las células solares tienen una capa de la ventana encima de la capa del amortiguador y no debajo de él?

Question

En las células solares no es un p-n la unión. P-semiconductor de tipo (por ejemplo CdTe) a menudo está absorbedor de capa, debido a su portador de la vida y movilidades. En el caso de CdS/CdTe,* Cd es n-tipo de capa de ventana y en todas partes se dice que se debe ser muy fino y tiene gran brecha de banda – no para absorber la luz y deja que ir a través del p-tipo de amortiguador (que es por qué se llama una capa de ventana).

Pero ¿por qué debería ser en la parte superior de la capa absorbente y no por debajo de ella?

Si n-tipo de capa que se encuentra debajo, la luz puede golpear el p-amortiguador de tipo directamente. Tengo algunas ideas en las que está relacionado con la distancia entre el lugar de absorción y p-n la unión, pero no estoy seguro.

^{Imagen por Alfred Hicks/NREL (fuente).}

*Un diseño similar se utiliza en CIGS, CZTS y otros solares de película delgada de células diseños; esta pregunta se aplica a todos ellos - las células solares con un p-tipo de absorbedor y un n-tipo de capa de ventana

Answer 1

Creo que el punto de que están haciendo es ¿por qué no la n-Cd/p-CdTe unión invertida a ser p-CdTe/n-Cd. Como usted dice esto permitiría a la "alta movilidad" de la capa de CdTe (no es realmente de alta movilidad, más que cualquier portadores generados en los CdS se recombinan al instante) para colocarse primero y absorber un poco de luz extra. Algo en el orden de $7mA/cm^2$ de fotocorriente se pierde debido a la parasitaria de absorción en la capa de CdS, por lo que esta podría parecer una buena idea.

Yo no soy un experto en las células de capa fina, pero creo que el problema se reduce a workfunction materiales para los electrodos. Si usted invertir la celda, a continuación, usted también necesita tener la p-capa de contacto que es transparente. Si el workfunction es un pobre partido, su posible configuración de un espacio de carga que impiden el portador de la colección.

Otra opción sería hacer una n-CdTe/p-Cd de diseño, sin embargo creo que hay problemas con el dopaje CdTe como un donante, o al menos solo se puede hacer a un nivel bajo ~$~10^{-14}cm^{-3}$, lo que le dará un pequeño campo integrado.

Así que en resumen el diseño de las celdas solares de película delgada es probablemente evolucionaron debido a que el material restricciones.

Esta es una pregunta interesante, voy a buscar más en ella y actualización. Esperemos que esto le da algunos consejos hasta entonces.

Answer 2

Cuando la luz incide en la P-sustrato, excita un electrón. Este electrón es absorbido de nuevo en el P-sustrato, o puede mover a la N-sustrato y se absorbe allí. Una vez que el electrón se ha movido en la N-sustrato, debido a la PN de unión, el camino más fácil para equilibrar las cargas es empujar a los electrones a través de un circuito externo.

Tiene más sentido para generar electrones excitados cerca de la N-sustrato, que generan los electrones excitados en el lado opuesto de la N-sustrato. Más electrones excitados se puede transferir a la N-sustrato si es cerca.

Answer 3

Supongo que también desea la absorción más alta en la ensambladura del P-N, así que si existe la capa de la ventana en la parte superior, entonces la mayor cantidad de luz en la capa de absober está justo al lado de la ensambladura y debe separar los portadores de la más eficiente, a diferencia de la mayoría de la luz absorbida antes de la ensambladura y luego tener el operador difuso a lo largo de la capa del amortiguador, potencialmente recombinación durante ese proceso.

Answer 4

No se puede hablar directamente con este diseño, pero puede ofrecer dos razones generales para un overlayer. En primer lugar, puede ser necesario proteger o apaciguar el material de Unión. En segundo lugar, una capa de espesor adecuado y el índice de refracción será reducir la reflectancia general, mejorando así la eficacia de la colección del dispositivo (las células solares son esencialmente un especializado tipo de detector de estado sólido, igual que en una cámara digital).