Simulation analysis to optimize the performance of a homojunction -- In₀.₇Ga₀.₃N solar cell

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2021
• Main Authors: Hussain, S., Prodhan, Md. T., Rahman, Md. M.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2021
• Subjects: Optoelectronics and optoelectronic devices
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/216176
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Simulation analysis to optimize the performance of homojunction -- In₀.₇Ga₀.₃N solar cell / S. Hussain, Md. T. Prodhan, Md. M. Rahman // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2021. — Т. 24, № 2. — С. 192-199. — Бібліогр.: 30 назв. — англ.

Simulation analysis has been carried out to determine the perfect structural parameters of a homojunction -- In₀.₇Ga₀.₃N solar cell to obtain maximum overall efficiency. It has been demonstrated that a -layer of 16 nm, an intrinsic layer (-layer) of 0.5-μm, and a -layer of 3-μm thickness with specific doping concentrations of 1·10²⁰ cm⁻³ for -layer and 1·10¹⁸ cm⁻³ for -layer allow us to achieve the maximum efficiency 29.21%. The solar cell structure provides an open circuit voltage of 1.0 V, a short circuit current density of 33.15 mA/cm², and the percentage of fill factor value of 88.03%. However, the efficiency drops drastically if the dislocation density in the -layer is higher than 1·10¹⁴ cm⁻³, and the unintentional doping concentration within the -layer is beyond 1.5·10¹⁶ cm⁻³ of the structure. Для визначення ідеальних структурних параметрів сонячного елемента на основі In₀.₇Ga₀.₃N з -- гомопереходом проведено моделювання, щоб отримати максимальну загальну ефективність. Показано, що параметри – -шар товщиною 16 нм, власний шар (-шар) товщиною 0,5 мкм і -шар товщиною 3 мкм з відповідними концентраціями легування 1·10²⁰ см⁻³ для n-шару і 1·10¹⁸ см⁻³ для p-шару – дозволяють досягти максимальної ефективності 29,21%. Конструкція сонячного елемента забезпечує напругу холостого ходу 1,0 В, густину струму короткого замикання 33,15 мА/см² і коефіцієнт заповнення 88,03%. Однак ефективність різко падає, якщо щільність дислокацій в i-шарі більше ніж 1·10¹⁴ см⁻³, а фонова концентрація домішок в i-шарі перевищує 1,5·10¹⁶ см⁻³.