[논문 리뷰] Analysis Of SnS2 Buffer Layer And SnS Back Surface Layer Based CZTS Solar Cells Using SCAPS

Atul Kumar, Ajay D. Thakur|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 17.

Chalcogenide Semiconductor Thin Films인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 SCAPS 시뮬레이션을 사용하여 표준 CdS 버퍼를 SnS2로 교체하고 뒷면 표면 흡착층으로 SnS를 추가함으로써 CZTS 태양전지를 최적화한다. 수정된 Mo/SnS/CZTS/SnS2/ZnO 구조는 기존의 Mo/CZTS/CdS/ZnO보다 높은 효율을 달성하며, CdS의 대체로 환경에 친화적인 SnS2의 가능성을 입증하고, 키테르라이트 태양전지에서 뒷면 표면 흡착의 성능 향상 효과를 강조한다.

ABSTRACT

A Copper-Zinc-Tin-Sulphide (CZTS)based solar cell with a modified ce3ll configuration of Mo/SnS/CZTS/SnS2/ZnO is simulated using SCAPS. An SnS2 buffer layer is used in simulation instead of the standard CdS layer. An additional back surface passivation layer of SnS is added in the modified cell configuration. An improvement in the solar cell efficiency compared to the standard CdS buffer based solar cell configuration Mo/CZTS/CdS/ZnO is found. The observations suggest the possibility of using SnS2 as a potential replacement of CdS. In addition, the use of a back surface passivation layer leads to improved solar cell performance.

연구 동기 및 목표

• CdS가 유해한 데서 태양전지의 버퍼층으로서 SnS2를 사용하는 것이 가능한지 조사하기 위해.
• SnS 뒷면 표면 흡착층을 도입했을 때 장치 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 수정된 셀 구성으로 CZTS 기반 태양전지의 효율을 최적화하기 위해.
• 키테르라이트 태양전지에서 SnS2와 SnS의 환경적 및 성능적 이점에 대한 시뮬레이션 기반 분석을 제공하기 위해.

제안 방법

• SCAPS-1D 소프트웨어를 사용하여 수정된 구조인 Mo/SnS/CZTS/SnS2/ZnO의 CZTS 태양전지를 시뮬레이션한다.
• 유해성을 줄이고 밴드 정렬을 향상시키기 위해 전통적인 CdS 대신 SnS2를 버퍼층으로 사용한다.
• 결함을 흡착하고 재결합을 줄이기 위해 CZTS의 뒷면 표면에 SnS층을 통합한다.
• 성능을 최적화하기 위해 도핑 농도, 두께, 결함 농도 등의 재료 파라미터를 조정한다.
• 전류-전압(J-V) 특성, 양자 효율, 그리고 운반자 농도 프로파일을 분석한다.
• 수정된 구조와 표준 구조 간의 장치 성능 지표(효율, 개방전압, 전면계수)를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CdS를 대체할 수 있는 SnS2가 CZTS 태양전지의 버퍼층으로 효과적으로 작용할 수 있는가, 이로 인해 효율이 저하되지 않는가?
• RQ2 SnS 뒷면 표면 흡착층을 추가했을 때 CZTS 태양전지의 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 버퍼층과 뒷면 표면 흡착의 영향이 개방전압과 전체 전력 변환 효율에 미치는 상대적 기여는 어떠한가?
• RQ4 수정된 Mo/SnS/CZTS/SnS2/ZnO 구조는 표준 구조에 비해 더 나은 운반자 수확 능력과 더 낮은 재결합을 보여주는가?

주요 결과

• SnS2 기반 CZTS 태양전지 구성은 표준 CdS 기반 장치보다 높은 전력 변환 효율을 달성하였다.
• SnS 뒷면 표면 흡착층의 포함으로 뒷면 접합에서의 재결합 손실이 크게 감소하였다.
• 개선된 밴드 정렬과 감소된 인터페이스 결함로 인해 수정된 구조는 개방전압과 전면계수 향상을 보였다.
• 시뮬레이션 결과는 SnS2가 CZTS 태양전지에 대한 비독성 대체재로서 실현 가능함을 확인하였다.
• SnS2 버퍼와 SnS 뒷면 흡착의 병합은 운반자 수확 능력 향상과 전체 장치의 안정성 향상에 기여하였다.