Estudio por simulación numérica de celdas solares de películas delgadas CIGSe, obtenidas a través de un proceso híbrido de 3 etapas (3SH)

Abstract

La celda solar de película fina (TFSC) de tecnología fotovoltaica basada en CIGSe es un desarrollo de los más prometedores para satisfacer la demanda actual de consumo de energía y sustituir los combustibles fósiles no renovables para la producción de energía. Varios estudios, experimentales y teóricos, tienen como objetivo mejorar la eficiencia para alcanzar el límite de Shockley-Queisser. Este estudio utiliza un simulador 2-D Silvaco ATLAS para diseñar y optimizar los parámetros de material de CIGSe TFSC, teniendo en cuenta datos experimentales y teóricos obtenidos previamente a través de la deposición y caracterización sobre dispositivos basados en CIGS, CdS y ZnO. Parámetros como los de defecto de cola, fueron definidos para los materiales de estructura CIGSe TFSC para estudiar los defectos profundos y su influencia en el rendimiento, optimizando parámetros favorables en condiciones experimentales para cada capa de estructura de celda solar basada en CdS/CIGSe. En las simulaciones se analizan los parámetros esenciales de la capa absorbente CIGSe, como espesor, ancho de banda prohibida, concentración de portadores, afinidad electrónica, entre otros parámetros físicos. Esta optimización de los parámetros simulados para el dispositivo CIGSe logró un 21.92 % de eficiencia de conversión. La simulación y el análisis del rendimiento del dispositivo para los parámetros del material absorbente obtuvieron datos de los resultados experimentales del novedoso método de deposición híbrida informado por primera vez en esta investigación. The thin film solar cell (TFSC) of photovoltaic technology based on CIGSe is one of the most promising developments to meet the current demand for energy consumption and replace non-renewable fossil fuels for energy production. Several studies, experimental and theoretical, aim to improve the efficiency to reach the Shockley-Queisser limit. This study uses a 2-D Silvaco ATLAS simulator to design and optimize the material parameters of CIGSe TFSC, taking into account experimental and theoretical data previously obtained through deposition and characterization on CIGS, CdS and ZnO-based devices. Parameters such as tail defect were defined for CIGSe TFSC framework materials to study deep defects and their influence on performance, optimizing favorable parameters under experimental conditions for each layer of CdS/CIGSe-based solar cell framework. The simulations analyze the essential parameters of the CIGSe absorber layer, such as thickness, bandgap, carrier concentration and electron affinity. This optimization of the simulated parameters for the CIGSe device achieved a 21.92% conversion efficiency. Simulation and analysis of device performance for absorbent material parameters obtained data from the experimental results of the novel hybrid deposition method reported for the first time in this investigation.