Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell
In a given paper, the simulation program SCAPS—10 is used to study the structure of the n-ZnO/p-Si heterojunction solar cell. This program is designed basically for the simulation and studying the properties of photonic devices. We explored such important controllable design parameters affecting the...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75149 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell / A.D. Pogrebnyak, N.Y. Jamil, A.K.M. Muhammed // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 819-830. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859820558525399040 |
|---|---|
| author | Pogrebnyak, A.D. Jamil, N.Y. Muhammed, A.K.M. |
| author_facet | Pogrebnyak, A.D. Jamil, N.Y. Muhammed, A.K.M. |
| citation_txt | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell / A.D. Pogrebnyak, N.Y. Jamil, A.K.M. Muhammed // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 819-830. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | In a given paper, the simulation program SCAPS—10 is used to study the structure of the n-ZnO/p-Si heterojunction solar cell. This program is designed basically for the simulation and studying the properties of photonic devices. We explored such important controllable design parameters affecting the performance of the p—n-junction solar cells as operating temperature, as we notice increasing in J—V characteristics with T increasing, the effect of thickness of each layer on the performance of a cell is studied, as well as an increasing of J—V characteristics with increasing of p-layer thickness. In the numerical example, 3 um p-layer and 3 um n-layer work to the best advantage for a given doping density. If we change the optimum value, the efficiency can reach η = 5.83% with Voc = 0.589 V, Jsc = 12.451 mA at 300 K, Na = Nd = 10¹⁹; in this case, we have come out the optimum parameters to achieve the best performance of this type of a cell, and we made comparison with a practical ZnO/Si cell.
У даній роботі програма моделювання SCAPS-10 використовується для вивчення структури n-ZnO/p-Si-гетеропереходу сонячних елементів. Ця програма призначена в основному для моделювання та вивчення властивостей фотонних пристроїв. Ми досліджували важливі контрольовані параметри дизайну, що впливають на діяльність р—n-переходу сонячних елементів, такі як робоча температура, тому що ми побачили підвищення характеристики J—V за рахунок збільшення Т, а також вивчили вплив товщини кожного шару на ефективність сонячного елементу і помітили підвищення J—V-характеристики зі збільшенням товщини р-шару. У
прикладі з оптимальними параметрами товщини шару р = 3 мм, n = 3 мм, Na = Nd = 10¹⁹ при 300 К одержали такі результати: η = 5.83%, Voc = 0,589 В, JSC = 12,451 мкA/см2; в даному випадку ми підібрали оптимальні параметри для досягнення максимальної продуктивности цього типу гетеропереходів і зробили порівняння з практичною n-ZnO/p-Si-коміркою сонячного елементу.
В данной работе программа моделирования SCAPS-10 используется для изучения структуры n-ZnO/p-Si-гетероперехода солнечных элементов. Эта программа предназначена в основном для моделирования и изучения свойств фотонных устройств. Мы исследовали важные контролируемые параметры дизайна, влияющие на работу р—n-перехода солнечных элементов, такие как рабочая температура, поскольку мы обнаружили повышение характеристики J—V за счёт увеличения Т, изучили влияние толщины каждого слоя на эффективность солнечного элемента и увидели повышение J—V-характеристики с увеличением толщины р-слоя. В примере с оптимальными параметрами толщины слоя р = 3 мм, n = 3 мм, Na = Nd = 10¹⁹ при 300 К мы получили такие результаты: η = 5,83%, Voc = 0,589 V, JSC = 12,451 мкА/см2; в данном случае мы подобрали оптимальные параметры для достижения максимальной производительности этого типа гетеропереходов и сделали сравнение с практической n-ZnO/pSi-ячейкой солнечного элемента.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:25:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
819
PACS numbers: 42.70.-a, 72.40.+w,73.40.Lq,73.50.Pz,84.60.Jt,88.40.H-, 88.40.J-
Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell
A. D. Pogrebnyak, N. Y. Jamil*, and A. K. M. Muhammed
Sumy State University,
2 Rimsky-Korsakov Str.,
UA-40007 Sumy, Ukraine
*University of Mosul,
St. Culture,
Mosul, Iraq
In a given paper, the simulation program SCAPS—10 is used to study the
structure of the n-ZnO/p-Si heterojunction solar cell. This program is de-
signed basically for the simulation and studying the properties of photonic
devices. We explored such important controllable design parameters affect-
ing the performance of the p—n-junction solar cells as operating temperature,
as we notice increasing in J—V characteristics with T increasing, the effect of
thickness of each layer on the performance of a cell is studied, as well as an
increasing of J—V characteristics with increasing of p-layer thickness. In the
numerical example, 3 um p-layer and 3 um n-layer work to the best advantage
for a given doping density. If we change the optimum value, the efficiency
can reach η = 5.83% with Voc = 0.589 V, Jsc = 12.451 mA at 300 K,
Na = Nd = 1019; in this case, we have come out the optimum parameters to
achieve the best performance of this type of a cell, and we made comparison
with a practical ZnO/Si cell.
У даній роботі програма моделювання SCAPS-10 використовується для
вивчення структури n-ZnO/p-Si-гетеропереходу сонячних елементів. Ця
програма призначена в основному для моделювання та вивчення власти-
востей фотонних пристроїв. Ми досліджували важливі контрольовані па-
раметри дизайну, що впливають на діяльність р—n-переходу сонячних
елементів, такі як робоча температура, тому що ми побачили підвищення
характеристики J—V за рахунок збільшення Т, а також вивчили вплив
товщини кожного шару на ефективність сонячного елементу і помітили
підвищення J—V-характеристики зі збільшенням товщини р-шару. У
прикладі з оптимальними параметрами товщини шару р = 3 мм, n = 3 мм,
Na = Nd = 1019
при 300 К одержали такі результати: η = 5.83%, Voc = 0,589
В, JSC = 12,451 мкA/см2; в даному випадку ми підібрали оптимальні пара-
метри для досягнення максимальної продуктивности цього типу гетеро-
переходів і зробили порівняння з практичною n-ZnO/p-Si-коміркою соня-
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2011, т. 9, № 4, сс. 819—830
© 2011 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
820 A. D. POGREBNYAK, N. Y. JAMIL, and A. K. M. MUHAMMED
чного елементу.
В данной работе программа моделирования SCAPS-10 используется для
изучения структуры n-ZnO/p-Si-гетероперехода солнечных элементов.
Эта программа предназначена в основном для моделирования и изучения
свойств фотонных устройств. Мы исследовали важные контролируемые
параметры дизайна, влияющие на работу р—n-перехода солнечных эле-
ментов, такие как рабочая температура, поскольку мы обнаружили по-
вышение характеристики J—V за счёт увеличения Т, изучили влияние
толщины каждого слоя на эффективность солнечного элемента и увидели
повышение J—V-характеристики с увеличением толщины р-слоя. В при-
мере с оптимальными параметрами толщины слоя р = 3 мм, n = 3 мм,
Na = Nd = 1019
при 300 К мы получили такие результаты: η = 5,83%,
Voc = 0,589 V, JSC = 12,451 мкА/см2; в данном случае мы подобрали опти-
мальные параметры для достижения максимальной производительности
этого типа гетеропереходов и сделали сравнение с практической n-ZnO/p-
Si-ячейкой солнечного элемента.
Key words: simulation program SCAPS-10, n-ZnO/p-Si heterojunction, solar
cell, operating temperature, thickness, doping density.
(Received August 23, 2011; in revised version December 15, 2011)
1. INTRODUCTION
The solar cell n-ZnO/p-Si heterojunction are used in this paper. They
are basically constructed from zinc oxide (n-ZnO), which used as a
window, and silicon (p-Si), used as an absorber layer for the incoming
light [1].
Heterojunction solar cell have the potential to achieve the goals of
higher efficiency, reliability, and lower cost, necessary for the large
scale applications, for solar cell application and photodetector, using
other semiconductors than silicon, which have an energy gap between
1.1 and 1.6 eV [2].
Among many different low-cost solar cell structures, one interest-
ing heterojunction solar cell is the transparent conducting oxide (TCO)
semiconductor heterojunction. The conducting oxides, including oxide
semiconductors such as indium oxide (In2O3), tin oxide (SnO2), and zinc
oxide (ZnO), thin film ZnO, have attracted much attention because of
its lower material cost and good electrical/optical properties compared
to other oxides [3, 4]. Zinc oxide (ZnO) film with a large band gap of
about 3.3 eV is one of the most potential materials for being used as a
TCO because of its good electrical and optical properties, abundance in
nature, absence of toxicity [5], and the ability to deposit these films at
relatively low temperatures [4].
The oxygen vacancies and/or zinc interstitials correspond to the n-
SIMU
type cond
2. DEVIC
Simulati
ZnO/p-Si
develope
al Instru
number o
sults are
the elect
lar cells
Cu(In,Ga
3. RESU
In energy
condition
as shown
4. EFFEC
In a sola
formance
the n-Zn
280—380
Voc dec
ature dep
ergy has
Fig. 1. En
equilibriu
ULATION ST
ductivity o
CE SIMULA
ion program
i as a solar
ed at the Un
uments und
of panels in
e presented
rical chara
s. It has b
a)Se2 solar c
ULTS AND
y band diag
n, the Ferm
n in Fig. 1.
CT OF OPE
r cell, the o
e. The impa
O/p-Si sola
0 K.
creases wit
pendence o
been sligh
nergy band
um condition
TUDY OF n-Zn
f the ZnO f
ATION
m SCAPS-
r cell. SCA
niversity of
der Marc B
n which the
d [5]. It has
acteristics (
been tested
cells [6].
DISCUSSI
gram of the
mi level wil
ERATING T
operating t
act of incre
ar cell is sh
h the incre
of the rever
htly narrow
diagram of
n.
nO/p-Si HETE
films.
10 is used
APS-10 is W
f Gent with
Burgelman
e user can
s been deve
(dc and ac)
d extensiv
ION
e n-ZnO/p-S
ll be consta
TEMPERA
temperatur
easing temp
hown in Fig
eased tempe
rse saturat
wed, and th
f n-ZnO/p-Si
EROJUNCTIO
d to study
Windows a
h Lab Wind
. The prog
set parame
eloped to si
of thin film
vely for th
Si structur
ant throug
ATURE
re plays a v
perature on
g. 2; the tem
erature bec
tion curren
is may acce
i heterojunc
ON SOLAR CE
the structu
application
dows/CVI o
gram organ
eters or in w
imulate rea
m heterojun
hin film C
e under equ
h the band
vital role in
n light J—V
mperature
cause of the
nt. The ban
elerate the
ction solar c
ELL 821
ure of n-
program
of Nation-
nized in a
which re-
alistically
nction so-
CdTe and
uilibrium
d diagram
n the per-
V curve of
varied as
e temper-
nd gap en-
recombi-
cell under
822 A
nation of
Although
the band
recombin
gions. So
erating t
perature
tion in th
put param
TABLE 1
No.
a
b
c
d
e
f
5. EFFEC
5.1. Effec
The effec
Fig. 2. J
a = 280 K
A. D. POGRE
f the EHP b
h more fre
d gap energ
nation of e
o, Jsc is slig
temperatur
e. The reduc
he efficienc
meters on t
. J—V param
T, K
280
300
320
340
360
380
CT OF THIC
ct of p-Si T
ct of the Si
J—V paramet
K, b = 300 K,
BNYAK, N. Y
between th
e electrons
gy at high t
electrons an
ghtly decrea
re can be de
ction in Jsc
cy with the
the operatin
meters of n-Z
Voc, Volt
0.5252
0.525
0.524
0.52
0.5
0.48
CKNESS
Thickness
i absorber l
ters of n-Zn
c = 320 K, d
Y. JAMIL, an
he conducti
s are produ
temperatur
nd holes, w
ased. The d
erived from
c and Voc wi
temperatu
ng tempera
ZnO/p-Si sola
Jsc,
layer thickn
nO/p-Si sola
d = 340 K, e =
nd A. K. M. M
ion band an
uced into th
re is unstab
while trave
dependence
m the Voc dep
th tempera
ure. The dep
ature is list
ar cell at var
mA/cm2
11.69
11.67
11.66
11.64
11.62
11.6
ness on the
ar cell at v
= 360 K, f =
MUHAMMED
nd the valan
he conducti
ble that ma
elling acros
of (FF%) o
pendent on
ature leads
pendence o
ted in Table
rious temper
FF, %
78.95
78.52
78.01
77.11
76.21
74.77
e light J—V
various temp
380 K.
D
nce band.
ion band,
ay lead to
ss the re-
on the op-
n the tem-
to reduc-
of the out-
e 1.
ratures.
η, %
4.85
4.81
4.77
4.67
4.49
4.18
V curves is
peratures:
SIMU
shown in
The th
clearly sh
of the p-
creases,
absorbed
sorber la
region w
captured
Fig. 3. J—
thickness
g = 3 um;
Fig. 4. J—
thickness
ULATION ST
n Figs. 3, 4.
hickness of
hown that b
-Si absorbe
this will al
d, which, in
ayer thickn
will be very c
d easily by
—V paramete
s: a = 0.1 um
n-layer = 3 u
—V paramete
s: a = 0.1 um
TUDY OF n-Zn
Si layer ha
both Voc and
er layer inc
low the lon
n turn, con
ness reduce
close to the
the back
ers of n-ZnO
m, b = 0.5 um
um; Na = Nd
ers of n-ZnO
m, b = 0.3 um
nO/p-Si HETE
as been var
d Jsc have b
creased. W
nger wavele
ntributes i
ed, the hig
e depletion
contact fo
O/p-Si solar
m, c = 1 um,
d = 1019.
O/p-Si solar c
m, c = 0.5 um
EROJUNCTIO
ried from 0
been increa
When the th
ength of th
in EHP gen
gh-recombin
region. Th
or the reco
r cell at vari
d = 1.5 um,
cell at vario
, d = 075 um
ON SOLAR CE
0.1 um to 3
ased as the t
hickness of
he illuminat
neration. I
nation back
hus, electro
ombination
ious Si abso
, e = 2 um, f
us ZnO abso
m, e = 1 um, f
ELL 823
3 um. It is
thickness
f p-Si in-
tion to be
If the ab-
k-contact
ons will be
n process;
orber layer
f = 2.5 um,
orber layer
f = 2 um.
824 A
therefore
crement
thicknes
in Table 2
TABLE 2
thickness
TNo.
a
b
c
d
e
f
g
The ef
ciency is
As we
within th
quantum
λ = 380—
When
Fig. 5. Qu
er thickne
g = 3 um;
A. D. POGRE
e, fewer el
in Voc and J
s of the p-S
2.
. J—V param
s.
Thickness of
0.1
0.5
1
1.5
2
2.5
3
ffect of the
shown in F
said, the l
he p-Si laye
m efficienc
1200 nm.
the thickn
uantum effic
ess: a = 0.1 u
n-layer = 3 u
BNYAK, N. Y
ectrons wil
Jsc will incr
Si absorber
meters of n-Z
VSi, um
e thickness
Figs. 5, 6.
longer-wav
er, so the ef
y has bee
ness of p-Si
ciency of n-Z
um, b = 0.5 u
um; Na = Nd
Y. JAMIL, an
ll contribu
rease both F
r layer on t
ZnO/p-Si sola
Voc, Volt
0.438
0.477
0.495
0.506
0.514
0.52
0.525
s of p-Si ab
velengths p
ffect of the
n occurred
absorber la
ZnO/p-Si sol
um, c = 1 um
d = 1019.
nd A. K. M. M
ute in EHP
FF% and η
the output
ar cell at var
Jsc, mA/cm
3.639
6.32
8.336
9.765
10.882
11.799
12.578
bsorber laye
photon will
e thickness
d in the r
ayer increa
lar cell at va
m, d = 1.5 um
MUHAMMED
generation
%. The eff
parameters
rious Si abso
FF, %m2
76.44
78.43
79.26
79.74
79.96
80.21
80.35
er on quan
be absorbe
s of p-Si lay
region ext
ses, this wi
arious Si abs
m, e = 2 um, f
D
n. The in-
fect of the
s is listed
orber layer
η, % %
1.2 4
2.3 3
3.2 6
3.9 4
4.4 6
4.9 1
5.3 5
ntum effi-
ed deeper
yer on the
tended to
ill allow a
sorber lay-
f = 2.5 um,
SIMU
larger nu
generatio
high-reco
quantum
sorber la
5.2. Effec
The effec
V curves
thicknes
As sho
the thick
layer inc
being ab
number o
both Voc a
The re
of the th
listed in
The re
have ene
crease th
shown in
Fig. 6. Qu
layer thic
f = 2 um; p
ULATION ST
umber of p
on. In addi
ombination
m efficiency
ayer in the r
ct of n-ZnO
ct of the th
s of the n-
s of n-ZnO
own in Fig.
kness of n-Z
reased, mo
sorbed by t
of photons
and Jsc have
eduction in
hickness of
Table 3.
eduction in
rgy greater
he quantum
n Fig. 6.
uantum effi
cknesses: a =
p-layer = 3 u
TUDY OF n-Zn
hotons to b
ition, the g
n back-cont
y has been
range of λ =
O Thickness
hickness var
ZnO/p-Si s
layer has b
4, both Voc
ZnO layer i
ore photons
the layer. T
s, which co
e been decr
n Voc and Jsc
the ZnO la
the numbe
r than the e
m efficiency
iciency of n-
= 0.1 um, b
um; Na = Nd
nO/p-Si HETE
be absorbed
generation p
tact region
increased
= 380—1200
s
riation of t
solar cell i
been varied
c and Jsc val
increased,
s, which car
Therefore,
ould reach t
reased.
c will cause
ayer on the
er of photon
energy ban
y in the reg
-ZnO/p-Si s
= 0.3 um, c
d = 1018.
EROJUNCTIO
d and contr
process wil
n and near t
with the th
0 nm.
the n-ZnO l
is shown in
from 0.5 to
lues have be
and as the
rry the ener
it will lea
the absorbe
e reduction
e O/P param
ns in the ab
d gap of th
ion betwee
olar cell at
= 0.5 um, d
ON SOLAR CE
ribute into
l occur far
the SCR, so
hickness of
ayer on the
n Fig. 4, w
o 3 um.
een decreas
thickness
rgy (hν ≥ E
d to decrea
er layer. T
n in (η%).T
meters of t
bsorber lay
e ZnO layer
n λ = 20—38
various ZnO
d = 0.75 um,
ELL 825
o the EHP
r from the
o that the
f p-Si ab-
e light J—
where the
sed, when
of n-ZnO
Eg(ZnO)), are
ase in the
Therefore,
The effect
the cell is
yer, which
r, will de-
80 nm, as
O absorber
, e = 1 um,
826 A. D. POGREBNYAK, N. Y. JAMIL, and A. K. M. MUHAMMED
TABLE 3. J—V parameters of n-ZnO/p-Si solar cell at various ZnO absorber
layer thickness.
η, % FF, % Jsc, mA/cm2Voc, VoltThickness ZnO, umNo.
4.6 77.04 13.0580.46390.1 a
4.5 77.18 12.7650.46380.3 b
4.5 77.22 12.675 0.4638 0.5 c
4.5 77.21 12.6230.4630.75 d
4.5 77.2 12.590.4631 e
4.5 80.35 12.5 0.4 2 f
5.3. Effect of Doping Density
The effect of the doping density of the p-Si absorber layer for both 0.5
um and 3 um absorber thicknesses is listed in Tables 4, 5.
TABLE 4. Effect of the doping density of the p-Si absorber layer (0.5 um),
Nd = 1019.
η, % FF, % Jsc, mA/cm2 Voc, Volt Doping density, Na
1.06 62.82 6.657 0.252 1E+16
1.61 72.05 6.461 0.346 1E+17
2.02 76.55 6.364 0.414 1E+18
2.37 78.43 6.328 0.477 1E+19
2.37 71.89 6.06 0.543 1E+20
TABLE 5. Effect of the doping density of the p-Si absorber layer (3 um),
Nd = 1019.
η, % FF, % Jsc, mA/cm2 Voc, Volt Doping density, Na
3.06 72.16 12.893 0.33 1E+16
3.88 76.28 12.69 0.401 1E+17
4.62 78.98 12.609 0.464 1E+18
5.31 80.35 12.578 0.525 1E+19
5.83 79.66 12.451 0.587 1E+20
The impact of the doping density of the Si layer on the light J—V
curves is shown in Fig. 7 for absorber thickness of 0.5 um and in Fig. 8
for absorber thickness of 3 um. Increasing of the doping density of the
Si decreases the space charge region width, so, the electric field in the
depletion layer will increase .This will result in an increasing in Voc for
3 um and 0.5 um absorber layer thickness.
When the electric field in the SCR increases, the diffusion length of
SIMU
the gene
carriers
gion. Th
absorber
duction w
in Fig. 1
um.
Fig. 7. Eff
absorber t
Fig. 8. Ef
absorber t
ULATION ST
erated carr
will appro
is will lead
r layer of 0
will become
10 for p-Si
fect of the d
thickness.
ffect of the d
thicknesses.
TUDY OF n-Zn
iers also in
ach from t
d to reducti
.5 um, n-Z
e more pron
absorber la
doping densi
doping dens
.
nO/p-Si HETE
ncreases. T
the high-re
ion in Jsc, a
ZnO layer t
nounced fo
ayer of 3 u
ity of the p-S
sity of the p-
EROJUNCTIO
Therefore,
ecombinati
as shown in
hickness of
or very thin
um n-ZnO l
Si absorber l
-Si absorber
ON SOLAR CE
the photog
on back-co
n Fig. 9, for
f 3 um, and
n absorber,
layer thick
ayer for bot
r layer for bo
ELL 827
generated
ontact re-
r the p-Si
d this re-
as shown
kness of 3
th (0.5 um)
oth (3 um)
828 A
For th
creasing
thicknes
the incre
The ge
gion; for
Fig. 9. Ef
layer (0.5
Fig. 10. E
layer (3 u
A. D. POGRE
hin Si absor
in the do
s of 3 um,
ement in Voc
enerated EH
r high elect
ffect of the
5 um), n-ZnO
Effect of the
m), n-ZnO la
BNYAK, N. Y
rber layer o
ping densi
the η% wil
c.
HP will rea
ric field, d
increased do
O layer thick
e increased d
ayer thickne
Y. JAMIL, an
of 0.5 um,
ity due to
ll increase w
ach the hig
due to the d
oping densit
kness (3 um),
doping densi
ess (3 um), N
nd A. K. M. M
the η% w
the reduct
with the do
gh-recombin
oping dens
ty on the QE
, Nd = 1019, N
ity on the Q
Nd = 1019, Na
MUHAMMED
ill increase
tion in Jsc,
oping densi
ned back-co
sity, this wi
E of the p-S
Na = 1016—10
E of the p-S
a = 1016—1020
D
e with in-
, and for
ity due to
ontact re-
ill reduce
Si absorber
020.
Si absorber
0.
SIMU
quantum
effect of
6. PRAC
Let us co
tained in
TABLE 6
Ty
n-ZnO
TABLE. 7
perature a
Ty
n-ZnO
The lig
Fig. 11.
The di
caused b
Fig. 11. J
at room
Na = 1019,
ULATION ST
m efficiency
the increas
CTICAL RE
ompare ou
n [7], as sho
. Output of p
ype
O/p-Si
7. Simulatio
and n-, p-lay
ype
O/p-Si
ght J—V cu
ifference b
y interface
J—V simulati
temperature
, Nd = 1016.
TUDY OF n-Zn
y of the de
sed doping
SULTS
r simulatio
own in Table
practical illu
Voc, Volt
0.35
on result for
yer thicknes
Voc, Volt
0.525
urve obtaine
between the
e state and
on curve of
e and n-, p
nO/p-Si HETE
evice, when
density on
on results
es 6 and 7.
umination re
Jsc,
r n-ZnO/p-S
s equal (1.3
Jsc, m
11
ed from th
e simulatio
surface rec
n-ZnO/p-Si
p-layer thick
EROJUNCTIO
n the dopin
the QE is s
with the p
esult for n-Z
mA/cm2
19
Si solar cell
um).
mA/cm2
1.675
e simulatio
on and the
combinatio
heterojunct
kness equal
ON SOLAR CE
ng is increa
shown in Fi
practical re
ZnO/p-Si sol
FF, %
50
in light at r
FF, %
78.52
on study is
practical s
on included
tion solar cel
(1, 3), res
ELL 829
ased. The
ig. 10.
esults ob-
lar cell [7].
η, %
4.33
room tem-
η, %
4.81
shown in
study was
d in a real
ll on light,
spectively;
830 A. D. POGREBNYAK, N. Y. JAMIL, and A. K. M. MUHAMMED
device. The parameters resulting from the simulation study are listed
in Table 7.
7. CONCLUSION
Intrinsic material properties, including band gap, working tempera-
ture, layers thickness, and doping percentage, are important factors
influencing J—V characteristics of the n-ZnO/p-Si heterojunction solar
cell. The comparison results for practice and simulation illustrate
nearly same results. Then, we obtained the best results of 5.83% with
Voc = 0.589 V, Jsc = 12.451 mA at 300 K, Na = Nd = 1019.
REFERENCES
1. R. H. Bube, Photovoltaic Materials (Imperial College Press: 1998).
2. M. Kemell, M. Sci. Thesis (University of Helsinki: 2003).
3. B. Joseph, P. K. Manoj, and V. K. Vajdyan, Bull. Mater. Science, 28, No. 5: 487
(2005).
4. H. Kobayashi, H. Mori, and Y. Ishida, Appl. Phys., 77: 301 (1995).
5. M. Burgelman, P. Nollet, and S. Degrave, Thin Solid Films (Elsevier: 2000).
6. M. Burgelman, SCAP User Manual (ELIS University of Grn.: 2007).
7. H. H. Affify and S. H. Hefnawi, Egypt. J. Solids, 28, No. 2: (2005).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75149 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T15:25:09Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Pogrebnyak, A.D. Jamil, N.Y. Muhammed, A.K.M. 2015-01-26T20:09:32Z 2015-01-26T20:09:32Z 2011 Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell / A.D. Pogrebnyak, N.Y. Jamil, A.K.M. Muhammed // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 819-830. — Бібліогр.: 7 назв. — англ. 1816-5230 PACS numbers: 42.70.-a, 72.40.+w, 73.40.Lq, 73.50.Pz, 84.60.Jt, 88.40.H-, 88.40.J https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75149 In a given paper, the simulation program SCAPS—10 is used to study the structure of the n-ZnO/p-Si heterojunction solar cell. This program is designed basically for the simulation and studying the properties of photonic devices. We explored such important controllable design parameters affecting the performance of the p—n-junction solar cells as operating temperature, as we notice increasing in J—V characteristics with T increasing, the effect of thickness of each layer on the performance of a cell is studied, as well as an increasing of J—V characteristics with increasing of p-layer thickness. In the numerical example, 3 um p-layer and 3 um n-layer work to the best advantage for a given doping density. If we change the optimum value, the efficiency can reach η = 5.83% with Voc = 0.589 V, Jsc = 12.451 mA at 300 K, Na = Nd = 10¹⁹; in this case, we have come out the optimum parameters to achieve the best performance of this type of a cell, and we made comparison with a practical ZnO/Si cell. У даній роботі програма моделювання SCAPS-10 використовується для вивчення структури n-ZnO/p-Si-гетеропереходу сонячних елементів. Ця програма призначена в основному для моделювання та вивчення властивостей фотонних пристроїв. Ми досліджували важливі контрольовані параметри дизайну, що впливають на діяльність р—n-переходу сонячних елементів, такі як робоча температура, тому що ми побачили підвищення характеристики J—V за рахунок збільшення Т, а також вивчили вплив товщини кожного шару на ефективність сонячного елементу і помітили підвищення J—V-характеристики зі збільшенням товщини р-шару. У прикладі з оптимальними параметрами товщини шару р = 3 мм, n = 3 мм, Na = Nd = 10¹⁹ при 300 К одержали такі результати: η = 5.83%, Voc = 0,589 В, JSC = 12,451 мкA/см2; в даному випадку ми підібрали оптимальні параметри для досягнення максимальної продуктивности цього типу гетеропереходів і зробили порівняння з практичною n-ZnO/p-Si-коміркою сонячного елементу. В данной работе программа моделирования SCAPS-10 используется для изучения структуры n-ZnO/p-Si-гетероперехода солнечных элементов. Эта программа предназначена в основном для моделирования и изучения свойств фотонных устройств. Мы исследовали важные контролируемые параметры дизайна, влияющие на работу р—n-перехода солнечных элементов, такие как рабочая температура, поскольку мы обнаружили повышение характеристики J—V за счёт увеличения Т, изучили влияние толщины каждого слоя на эффективность солнечного элемента и увидели повышение J—V-характеристики с увеличением толщины р-слоя. В примере с оптимальными параметрами толщины слоя р = 3 мм, n = 3 мм, Na = Nd = 10¹⁹ при 300 К мы получили такие результаты: η = 5,83%, Voc = 0,589 V, JSC = 12,451 мкА/см2; в данном случае мы подобрали оптимальные параметры для достижения максимальной производительности этого типа гетеропереходов и сделали сравнение с практической n-ZnO/pSi-ячейкой солнечного элемента. en Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell Article published earlier |
| spellingShingle | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell Pogrebnyak, A.D. Jamil, N.Y. Muhammed, A.K.M. |
| title | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell |
| title_full | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell |
| title_fullStr | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell |
| title_full_unstemmed | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell |
| title_short | Simulation Study of n-ZnO/p-Si Heterojunction Solar Cell |
| title_sort | simulation study of n-zno/p-si heterojunction solar cell |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75149 |
| work_keys_str_mv | AT pogrebnyakad simulationstudyofnznopsiheterojunctionsolarcell AT jamilny simulationstudyofnznopsiheterojunctionsolarcell AT muhammedakm simulationstudyofnznopsiheterojunctionsolarcell |