INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD
In order to increase the efficiency of solar cells (SCs) based on cadmium telluride films obtained by close space sublimation method, various methods of chloride treatment to activate the base layer of solar cells have been investigated. Both gas-phase and solid-state chloride treatment methods were...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/329 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103500106072064 |
|---|---|
| author | Khrypunov, G. Meriuts, А. Dobrozhan, А. Khrypunov, М. Shelest, T. |
| author_facet | Khrypunov, G. Meriuts, А. Dobrozhan, А. Khrypunov, М. Shelest, T. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "G. Khrypunov",
"institution": "Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice-Rector of NTU «KhPI»"
},
{
"author": "А. Meriuts",
"institution": "Senior Researcher of NTU «KhPI»"
},
{
"author": "А. Dobrozhan",
"institution": "Senior Lecturer of NTU «KhPI»"
},
{
"author": "М. Khrypunov",
"institution": " Associate Professor of NTU «KhPI»"
},
{
"author": "T. Shelest",
"institution": " Associate Professor of NTU «KhPI»"
}
] |
| author_sort | Khrypunov, G. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:16Z |
| description | In order to increase the efficiency of solar cells (SCs) based on cadmium telluride films obtained by close space sublimation method, various methods of chloride treatment to activate the base layer of solar cells have been investigated. Both gas-phase and solid-state chloride treatment methods were taken to different solar cells, which allowed doing a comparative analysis of the output parameters and light diode characteristics. The effect of annealing time of the CdTe base layer in cadmium chloride vapors during gas-phase chloride treatment was investigated. It is established that the optimal time of this process is about 10 minutes, which provides efficiency increasing to 12.8%. Numerical modeling of the effect of changes in light diode characteristics on the efficiency showed that the increase in the efficiency of SnO2:F/CdS/CdTe SCs is equally due to a series resistance and diode saturation current density decreasing , as well as an shunt resistance increasing. During the solid-state chloride treatment, cadmium chloride layers of various thicknesses were deposited on the cadmium telluride surface, followed by heterosystem annealing in air. It was found that such treatment does not allow the formation of SCs with an efficiency of more than 9%, due to the negative impact of increasing of series resistance and diode saturation current density.It is established that the effect of chloride treatment on the efficiency is associated with the formation of various defective complexes in the base layer. In the case of gas-phase chloride treatment, small ClTe-VCd acceptors are formed, and in the case of solid-state chloride treatment, isoelectronic 2ClTe-VCd complexes begin to form due to excess chlorine. These complexes affect the light diode parameters of solar cells in different ways, which leads to a significant difference in the SCs efficiency.Thus, it is established that for SCs with a base layer of cadmium telluride obtained by close space sublimation method, the gas-phase method of chloride treatment is optimal and the optimal physical and technological values of this treatment are determined. Bibl. 10, table. 2, fig. 3. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2022.1(68).60-65 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:38:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
60
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
УДК 620.91
ВПЛИВ «ХЛОРИДНИХ» ОБРОБОК НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
НА ОСНОВІ ПЛІВОК ТЕЛУРИДУ КАДМІЮ, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ СУБЛІМАЦІЇ
В ЗАМКНУТОМУ ОБ’ЄМІ
Отримано 24 січ. 2022; рекомендовано до публікації 21 бер. 2022
Доступно онлайн 29 квіт. 2022
Г. С. Хрипунов1, А. В. Меріуц2, А. І. Доброжан3,
М. Г. Хрипунов4, Т. М. Шелест5
Автор для кореспонденції: Тeтяна Шелест
e-mail: tshelest@ukr.net
З метою збільшення ефективності сонячних елементів (СЕ)
на основі плівок телуриду кадмію, отриманих методом
сублімації в замкнутому об’ємі, досліджено різні способи
проведення «хлоридної» обробки для активації базового
шару сонячних елементів. Сонячні елементи піддавалися як
газофазній, так і твердотільній «хлоридній» обробці, що
дало змогу провести порівняльний аналіз вихідних пара-
метрів та світлових діодних характеристик. Було до-
сліджено вплив часу відпалу базового шару телуриду кадмію
в парах хлориду кадмію при газофазній «хлоридній» обробці.
Встановлено, що оптимальний час цього процесу стано-
вить близько 10 хв, що забезпечує зростання коефіцієнта
корисної дії (ККД) до 12,8 %. Проведене числове моделювання
впливу зміни світлових діодних характеристик на величину
ККД показало, що зростання ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe рівною мірою обумовлене зниженням послідовного
електроопору та густини діодного струму насичення, а також зростанням шунтувального електроопору. При
твердотільній «хлоридній» обробці на поверхню телуриду кадмію осаджувалися шари хлориду кадмію CdCl2 різної
товщини з подальшим відпалом гетеросистеми на повітрі. Встановлено, що така обробка не дозволяє формува-
ти СЕ з ККД більше 9 %, що обумовлено негативним впливом підвищеного послідовного електроопору та більши-
ми значеннями густини діодного струму насичення.
Встановлено, що вплив «хлоридної» обробки на коефіцієнт корисної дії пов’язаний з формуванням різних дефект-
них комплексів у базовому шарі. При газофазній «хлоридній» обробці формуються дрібні акцептори ClTe-VCd, а при
твердотільній «хлоридній» обробці внаслідок надлишку хлору починають формуватися ізоелектронні комплекси
2ClTe-VCd. Вказані комплекси по-різному впливають на діодні параметри сонячних елементів, що приводить до
суттєвої різниці ККД СЕ.
Отже, встановлено, що для СЕ з базовим шаром телуриду кадмію, отриманим сублімацією в замкнутому про-
сторі, оптимальним є газофазний метод проведення «хлоридної» обробки та визначені оптимальні значення
умов її проведення. Бібл. 10, табл. 2, рис. 3.
Ключові слова: сонячні елементи, телурид кадмію, «хлоридна» обробка, ефективність.
1 д-р техн. наук, проф., проректор НТУ «ХПІ»
https://orcid.org/0000-0002-6448-5938
2 канд. фіз.-мат. наук, доц., ст. наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0003-4176-2530
3 канд. техн. наук, ст. викл.
https://orcid.org/0000-0002-8830-0942
4 аспірант каф. фізичного матеріалознавства для
електроніки та геліоенергетики
https://orcid.org/0000-0002-5498-1831
5 канд. фіз.-мат. наук, доц. каф. Фізики
https://orcid.org/0000-0002-8116-6189
1, 2, 3, 4, 5 Національний технічний університет
«Харківський політехнічний інститут», м. Харків,
Україна
INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON
CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD
Received 21 Jan. 2022; accepted 21 March 2022.
Available online 29 April 2022
G. Khrypunov1, A. Meriuts2, A. Dobrozhan3,
M. Khrypunov4, Т.Shelest5
Author for correspondence: Тetiana Shelest
e-mail: tshelest@ukr.net
1 DScTech, Prof., Vice-Rector of NTU «KhPI»
https://orcid.org/0000-0002-6448-5938
2 Ph.D., Associate Professor, Senior Researcher of NTU
«KhPI» https://orcid.org/0000-0003-4176-2530
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
https://orcid.org/0000-0002-6448-5938
https://orcid.org/0000-0003-4176-2530
https://orcid.org/0000-0002-8830-0942
https://orcid.org/0000-0002-5498-1831
https://orcid.org/0000-0002-8116-6189
https://orcid.org/0000-0002-6448-5938
https://orcid.org/0000-0003-4176-2530
61
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
Вступ. Плівкові сонячні елементи на основі телуриду
кадмію за рахунок низької енерго- та матеріалоєм-
ності процесу виготовлення являють собою альтер-
нативу широко розповсюдженим приладовим
структурам на основі кристалічного кремнію [1]. За-
раз для промислового виробництва високоефектив-
них плівкових СЕ на основі телуриду кадмію викори-
стовують метод сублімації в замкнутому об’ємі [2].
Обов’язковою технологічною операцією при виго-
товленні таких приладових структур є активаційна
«хлоридна» обробка, в процесі проведення якої
відбувається збільшення ефективності СЕ в кілька
разів [3]. В умовах масового виробництва
«хлоридна» обробка базових шарів телуриду кад-
мію проводиться в газовій фазі шляхом відпалу в
парах хлору або хлориду кадмію при температурі
400 °С [3]. Водночас твердотільна «хлоридна»
обробка, яка здійснюється високотехнологічним
методом, що передбачає нанесення на поверхню
базового шару телуриду кадмію плівок хлориду кад-
мію з подальшим відпалом гетеросистеми на повітрі
при температурі 430 °С, для плівок телуриду кадмію,
отриманих сублімацією в замкнутому об’ємі, не
проводиться [4].
Мета і завдання. Метою роботи є проведення
порівняльного дослідження вихідних параметрів та
світлових діодних характеристик сонячних еле-
ментів на основі базових шарів телуриду кадмію, які
було отримано методом сублімації в замкнутому
об’ємі й піддано газофазній і твердотільній
«хлоридній» обробці. Для досягнення мети було
виконано такі завдання: проведено експеримен-
тальні вимірювання та аналітичну обробку світлових
вольт-амперних характеристик плівкових сонячних
елементів на основі базових шарів телуриду кадмію,
які було отримано методом сублімації в замкнутому
об’ємі й піддано газофазній і твердотільній
«хлоридній» обробці; проведено моделювання
впливу світлових діодних характеристики на ефек-
тивність сонячних елементів.
Методика. Зразки СЕ на основі базових шарів телу-
риду кадмію, отриманих методом сублімації в за-
мкнутому об’ємі, було виготовлено в групі професо-
ра А. Байрамова в Інституті фізики Азербайджан-
ської Академії наук.
При виготовленні СЕ (рис. 1) було використано
скляні підкладки з нанесеним плівковим прозорим
електродом SnO2:F товщиною 0,5 мкм з поверхне-
вим електроопором 10 Ом/□ і середнім
коефіцієнтом пропускання у видимому діапазоні
90 %.
In order to increase the efficiency of solar cells (SCs) based on
cadmium telluride films obtained by close space sublimation
method, various methods of chloride treatment to activate the
base layer of solar cells have been investigated. Both gas-phase
and solid-state chloride treatment methods were taken to
different solar cells, which allowed doing a comparative analysis of
the output parameters and light diode characteristics. The effect of
annealing time of the CdTe base layer in cadmium chloride vapors
during gas-phase chloride treatment was investigated. It is
established that the optimal time of this process is about 10
minutes, which provides efficiency increasing to 12.8%. Numerical
modeling of the effect of changes in light diode characteristics on
the efficiency showed that the increase in the efficiency of SnO2:F/CdS/CdTe SCs is equally due to a series resistance and
diode saturation current density decreasing , as well as an shunt resistance increasing. During the solid-state chloride
treatment, cadmium chloride layers of various thicknesses were
deposited on the cadmium telluride surface, followed by heterosystem annealing in air. It was found that such treatment
does not allow the formation of SCs with an efficiency of more than 9%, due to the negative impact of increasing of series
resistance and diode saturation current density.
It is established that the effect of chloride treatment on the efficiency is associated with the formation of various defective
complexes in the base layer. In the case of gas-phase chloride treatment, small ClTe-VCd acceptors are formed, and in the
case of solid-state chloride treatment, isoelectronic 2ClTe-VCd complexes begin to form due to excess chlorine. These
complexes affect the light diode parameters of solar cells in different ways, which leads to a significant difference in the SCs
efficiency.
Thus, it is established that for SCs with a base layer of cadmium telluride obtained by close space sublimation method, the
gas-phase method of chloride treatment is optimal and the optimal physical and technological values of this treatment are
determined.
Bibl. 10, table. 2, fig. 3.
Keywords: solar cells, cadmium telluride, chloride treatment, efficiency.
3 Ph.D., Associate Professor, Senior Lecturer of NTU
«KhPI» https://orcid.org/0000-0002-8830-0942
4 postgraduate, Materials for Electronica and Solar Cells
Department https://orcid.org/0000-0002-5498-1831
5 Ph.D., Associate Professor
https://orcid.org/0000-0002-8116-6189
1, 2, 3, 4, 5 National Technical University «Kharkiv
Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
https://orcid.org/0000-0002-8830-0942
https://orcid.org/0000-0002-5498-1831
https://orcid.org/0000-0002-8116-6189
62
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
Рис. 1. Фотографія СЕ SnO2:F/CdS/CdTe,
у конструкції якого використано базові шари
CdTe, отримані сублімацією
в замкнутому об’ємі
Fig.1. Photo of SnO2:F/CdS/CdTe SC, with CdTe
base layer obtained by close space
sublimation method
На ці фронтальні електроди хімічним методом осад-
жувалися плівкові шари CdS товщиною до 0,1 мкм.
Потім на поверхні плівок сульфіду кадмію методом
сублімації в замкнутому об’ємі осаджувалися шари
CdTe товщиною 4 мкм. Температура підкладки при
осадженні плівок телуриду кадмію становила
620 ° С, температура джерела – 660 °С. Отримані
шари телуриду кадмію піддавалися «хлоридній»
обробці в газовій фазі. Для цього після їх отримання
без порушення вакууму проводився їх відпал у па-
рах хлориду кадмію при температурі 400 °С. Потім
було проведено травлення базового шару в розчині
HNO3: H3PO4: H2O для формування на поверхні
надлишку телуру. Для створення тильного контакту
на протравлену поверхню базового шару телуриду
кадмію наносилася суміш, що складається з графіто-
вої основи та сполук CuxTe і HgTe. Далі проводився
відпал на повітрі при температурі 300 °C протягом
25 хв в атмосфері інертного газу. Після чого осад-
жувався верхній нікелевий електрод.
Частина зразків була піддана твердотільній
«хлоридній» обробці; для цього при виготовленні
СЕ на поверхню шару телуриду кадмію осаджували-
ся шари хлориду кадмію різної товщини та прово-
дився відпал їх на повітрі при температурі 430 °С
протягом 25 хв. Потім за вказаною вище методикою
формувалися тильні контакти.
Для визначення вихідних параметрів сонячних еле-
ментів на основі CdS/CdTe – густини струму корот-
кого замикання (Jкз), напруги холостого ходу (Uхх),
фактора заповнення (FF) навантажувальної світлової
вольт-амперної характеристики (ВАХ) і, у кінцевому
підсумку, коефіцієнта корисної дії (ɳ) – проводилися
вимірювання світлових ВАХ зазначених приладових
структур. Світлові ВАХ СЕ вимірювалися при потуж-
ності світлового потоку 100 мВт/см2. Світлові діодні
характеристики сонячного елемента: густина фото-
струму (Jф), густина діодного струму насичення (J0),
коефіцієнт ідеальності діода (А), послідовний елек-
троопір (Rп) і шунтувальний електроопір (Rш), що
розраховуються на одиницю площі СЕ, – в неявному
вигляді визначають його ефективність [5]:
Jн = −Jф + J0{exp[е(Uн − JнRп)/(АkТ)] - 1}
+ (Uн − JнRп)/Rш, (1)
де е – заряд електрона; k – стала Больцмана; Т –
температура сонячного елемента; Uн – падіння
напруги на навантаженні; Jн – густина струму, що
протікає через навантаження.
Розрахунок вихідних параметрів і світлових діодних
характеристик сонячних елементів на основі телури-
ду кадмію здійснювався шляхом апроксимації
експериментальної світлової ВАХ теоретичною за-
лежністю (1) за допомогою комп’ютерної програми
[6]. Відносна похибка у визначенні вихідних пара-
метрів і світлових діодних характеристик складала
кілька відсотків.
За допомогою цієї програми, яку детально описано
в [7], також можна проводити чисельне моделюван-
ня впливу зміни світлових діодних характеристик на
ККД виготовлених сонячних елементів. Це дозволяє
ідентифікувати можливі фізичні механізми впливу
кристалічної та енергетичної структури базового ша-
ру СЕ на їх ефективність. У результаті таких до-
сліджень у роботі встановлювалися закономірності
впливу технологічних параметрів активаційних
обробок на ефективність СЕ.
Результати й обговорення. Були досліджені світлові
ВАХ СЕ SnO2:F/CdS/CdTe, при формуванні яких під
час проведення газофазної «хлоридної» обробки
змінювався час відпалу базового шару телуриду
кадмію в парах хлориду кадмію (рис. 2).
Рис. 2. Світлові ВАХ СЕ SnO2:F/CdS/CdTe:
1 – час відпалу 5 хв, 2 – 10 хв, 3 – 15 хв
Fig. 2. Light J-U characteristics of SnO2:F/CdS/CdTe SCs
with different annealing time:
1 - 5 min., 2 - 10 min., 3 - 15 min.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
63
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
Аналіз табл. 1, у якій представлено світлові характе-
ристики та вихідні параметри характерних зразків
СЕ SnO2:F/CdS/CdTe, показує, що збільшення часу
«хоридної» обробки від 5 до 10 хв приводить до
збільшення ефективності приладових структур від
8,2 до 12,8 % за рахунок зростання напруги холосто-
го ходу від 703 до 829 мВ і фактора заповнення світ-
лової ВАХ від 0,53 до 0,71.
Таблиця 1. Вихідні параметри та світлові діодні
характеристики СЕ SnO2:F/CdS/CdTe при зміні часу
газофазної «хлоридної» обробки
Table 1. Output parameters and light diode
characteristics of SnO2:F/CdS/CdTe SCs depending on
the time of gas-phase chloride treat
Проведене числове моделювання впливу зміни світ-
лових діодних характеристик на величину ККД пока-
зало, що при збільшенні часу «хлоридної» обробки
до 10 хв зростання ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe
рівною мірою обумовлене зниженням послідовного
електроопору та густини діодного струму насичен-
ня, а також зростанням шунтувального електроопо-
ру.
Згідно з літературними даними [8, 9], у процесі про-
ведення «хлоридної» обробки в газовій фазі в ре-
зультаті міжфазної взаємодії CdCl2-CdTe за рахунок
генерації акцепторів ClTe-VCd, відбувається зростання
концентрації основних носіїв заряду, що приводить
до експериментально зафіксованого зниження
послідовного електричного опору. При цьому гене-
рація акцепторів переважно відбувається поблизу
поверхні границь зерна телуриду кадмію, що спри-
чиняє формування поблизу цих границь ізотопного
р+-р бар’єра, який виштовхує генеровані під дією
світла нерівноважні електрони в об’єм зерна. Цей
процес обумовлює зниження шунтувального впливу
границь зерна та зменшує рекомбінацію на цих гра-
ницях. У результаті відбувається зафіксоване експе-
риментально зростання шунтувального опору та
зниження густини діодного струму насичення, що
обумовлює зростання ККД приладової структури СЕ
SnO2:F/CdS/CdTe.
Аналіз результатів обробки ВАХ, наведених в
табл. 1, показує, що збільшення часу «хлоридної»
обробки від 10 до 12 хв призводить до зменшення
ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe від 12,8 до 11,1 %
за рахунок зниження фактора заповнення світлової
ВАХ від 0,71 до 0,61.
Проведене чисельне моделювання засвідчило, що
при збільшенні часу «хлоридної» обробки від 10 до
12 хв зниження ефективності відбувається за раху-
нок зростання послідовного електричного опору.
Зростання Rп при збільшенні часу проведення
«хлоридної» обробки виглядає парадоксально,
оскільки при цьому концентрація хлору в базових
шарах телуриду кадмію зростає. Однак, згідно з
[10], зростання концентрації хлору приводить до
еволюції електрично активних власних точкових де-
фектів у шарах телуриду кадмію: замість дрібних
акцепторних комплексів ClTe-VCd формуються ізо-
електронні комплекси 2ClTe-VCd. Описана еволюція
енергетичної структури телуриду кадмію спричиняє
зниження концентрації основних носіїв заряду в ба-
зовому шарі, що викликає зростання питомого елек-
троопору базового шару телуриду кадмію. У резуль-
таті відбувається експериментально зафіксоване
зростання послідовного опору СЕ SnO2:F/CdS/CdTe
та зменшення ККД приладової структури.
У роботі було досліджено вплив твердотільної
«хлоридної» обробки, що проводиться шляхом оса-
дження шарів хлориду кадмію на поверхню телури-
ду кадмію з подальшим відпалом гетеросистеми на
повітрі при температурі 430 °С протягом 25 хв, на
ефективність СЕ SnO2:F/CdS/CdTe. Для цього було
проведено аналітичну обробку експериментальних
світлових ВАХ СЕ SnO2:F/CdS/CdTe (рис. 3), в яких на
базові шари при проведенні «хлоридної» обробки
осаджувалися плівки CdCl2 різної товщини.
Дослідження показали, що можна виділити дві ха-
рактерні ділянки залежності ефективності, вихідних
параметрів і світлових діодних характеристик від
товщини шару хлориду кадмію. Вихідні параметри
та світлові діодні характеристики типових зразків СЕ
SnO2:F/CdS/CdTe представлено в табл. 2.
Вихідні параметри та
світлові діодні харак-
теристики
Час відпалу, хв
5 10 12
JКЗ, мА/см2 22,2 21,7 21,9
UХХ, мВ 703 829 830
FF, в. о. 0,53 0,71 0,61
ККД, % 82 12,8 11,1
JФ, мА/см2 22,8 21,7 22,0
RП, Ом·см2 5,7 0,8 1,2
RШ,Ом·см2 183 840 800
A, в. о. 2,46 2,48 2,72
J0, A/см2 2,7∙10-7 4,6∙10-8 5,1∙10-8
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
64
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
Рис. 3. Світлові ВАХ типових зразків СЕ SnO2:F/CdS/
CdTe після «хлоридної» обробки з нанесенням різної
товщини шару CdCl2:
1 – 0,4 мкм, 2 – 0,8 мкм, 3 – 1,0 мкм
Fig. 3. Light J-U characteristics of typical samples
SnO2:F/CdS/CdTe SCs after chloride treatment
depending on thickness of CdCl2 layer:
1 – 0.4 μm, 2 – 0.8 μm, 3 – 1.0 μm
Таблиця 2. Вихідні параметри та світлові діодні
характеристики СЕ SnO2:F/CdS/CdTe для
різної товщині шару CdCl2 при проведенні
«хлоридної» обробки
Table 2. Output parameters and light diode
characteristics of SnO2:F/CdS/CdTe SC after the chloride
treatment depending on thickness of CdCl2 layer
Аналіз результатів обробки ВАХ, наведених в
табл. 2, показує, що збільшення товщини шару хло-
риду кадмію від 0, до 0,8 мкм приводить до збіль-
шення ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe від 6,3 до
9,0 % за рахунок збільшення густини струму корот-
кого замикання від 15,0 до 22 мА/см2.
Числове моделювання засвідчило, що спостережу-
ване експериментально зростання ККД до 9 % при
збільшенні товщини шару CdCl2 до 0,8 мкм рівною
мірою обумовлене зниженням послідовного елект-
роопору та густини діодного струму насичення.
Аналіз результатів, наведених в табл. 2, доводить,
що при подальшому збільшенні товщини шару хло-
риду кадмію від 0,8 до 1,0 мкм спостерігається зни-
ження ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe від 9,0 до
8,1 % за рахунок зменшення густини струму корот-
кого замикання від 22 до 21 мА/см2. Шляхом моде-
лювання впливу світлових діодних параметрів на
ККД було встановлено, що зафіксоване експери-
ментально зниження ефективності СЕ при подаль-
шому зростанні товщини шару хлориду кадмію до
1,0 мкм рівною мірою обумовлене зниженням шун-
тувального електроопору та зростанням густини ді-
одного струму насичення.
Зіставлення результатів обробки ВАХ, наведених в
таблицях 1 і 2, свідчить про те, що для СЕ з базовим
шаром телуриду кадмію, отриманим сублімацією в
замкнутому просторі при «хлоридній» обробці, яка
проводиться в твердій фазі, ККД є нижчим, ніж при
«хлоридній» обробці, яка проводиться в газовій фа-
зі. Моделювання впливу світлових діодних характе-
ристик на ККД показало, що спостережні закономір-
ності обумовлені негативним впливом підвищеного
послідовного опору та більшою густиною діодного
струму насичення для СЕ, у конструкції яких базові
шари телуриду кадмію, що були отримані субліма-
цією в замкнутому об’ємі, піддавалися твердотіль-
ній «хлоридній» обробці.
Висновки. Газофазна «хлоридна» обробка шарів
телуриду кадмію, отриманих сублімацією в замкну-
тому об’ємі, яка була проведена шляхом їх відпалу
в парах хлориду кадмію при температурі 400 °С,
при збільшенні часу відпалу до 10 хв, приводить до
формування СЕ на їх основі з ефективністю 12,8 %,
що рівною мірою обумовлено зниженням послі-
довного електроопору та густини діодного струму
насичення, а також зростанням шунтувального еле-
ктроопору. Подальше зростання часу відпалу приз-
водить до зниження ККД за рахунок зростання пос-
лідовного опору, що зумовлено еволюцією енерге-
тичної структури телуриду кадмію, коли замість
дрібних акцепторів ClTe-VCd починають формувати-
ся ізоелектронні комплекси 2ClTe-VCd.
Твердотільна «хлоридна» обробка шарів телуриду
кадмію, отриманих сублімацією в замкнутому об’є-
мі, яка проводиться шляхом осадження на поверх-
ню базового шару хлориду кадмію з подальшим
Вихідні параметри
та світлові діодні
характеристики
Товщина шару хлориду
кадмію, мкм
0,4 0,8 1,0
JКЗ, мА/см2 15,0 22,0 20,1
UХХ, мВ 650 700 690
FF, в. о. 0,65 0,58 0,58
ККД, % 6,3 9,0 8,1
JФ, мА/см2 16,0 22,3 20,5
RП, Ом·см2 5,4 3,5 1,6
RШ,Ом·см2 870 650 420
A, в. о. 2,9 2,5 2,6
J0, A/см2 8,7∙10-7 2,3∙10-7 5,1∙10-7
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
65
© Г. С. Хрипунов та ін. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)837
Відновлювана енергетика, 2022. | Сонячна енергетитка
відпалом на повітрі при температурі 430 °С протя-
гом 25 хв, не дозволяє формувати СЕ з ефективністю
більше 9 %, що обумовлено негативним впливом
підвищеного послідовного електроопору та більши-
ми значеннями густини діодного струму насичення.
ПОСИЛАННЯ
1. A. Bosio, S. Pasini, and N. Romeo, “The history of
photovoltaics with emphasis on CdTe solar cells and
modules”, Coatings, vol. 10, No 4, pp. 344-1–344-30,
2020. https://doi.org/10.3390/coatings10040344.
2. K. S. Rahman, et al., “Influence of deposition time in
CdTe thin film properties grown by Close-Spaced
Sublimation (CSS) for photovoltaic application”, Results
in Physics, vol. 14, pp. 102371-1–102371-9, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102371.
3. A. Abbas, et al., “The effect of cadmium chloride
treatment on close-spaced sublimated cadmium telluride
thin-film solar cells”, IEEE Journal of Photovoltaics, No 4,
pp. 1361–1366, 2013. DOI: 10.1109/PVSC-
Vol2.2012.6656778.
4. A. Romeo, H. Zogg, and A. N. Tiwari, “Influence of
transparent conducting oxide on the properties of CdTe/
CdS solar cells” in Proc. Word Conference and Exhibition
on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Austria,
6–10 July 1998, pp. 1105–1108.
5. H. S.Rauschenbach, Solar cell array design. The principles
and technology of photovoltaic energy conversion. New
York: Litton Educational Publishing, 1980. DOI:
10.1007/978-94-011-7915-7_FM.
6. Г. С. Хрипунов, А. В. Mepiyц, “Аналіз діодних характе-
ристик плівкових сонячних елементів на основі CdTe”,
Український фізичний журнал, Т. 49, No 12, c. 1188–
1191, 2004.
7. Г. С. Хрипунов, А. В. Пирогов, Н. А. Ковтун, А. Л. Хрипу-
нова, Д. А. Кудий, “Пленочные солнечные элементы
ITO/SnO2/CdS/CdTe/Cu/Au”, Физическая инженерия
поверхности, Т. 12, No 4, с. 466–475, 2014.
8. R. W. Birkmire, and P. V. Meyers, “Processing Issues for
thin film CdTe cells and modules” in First World
Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii,
Dec. 5–9 1994.
9. K. Durose, et al., “Key aspects of CdTe/CdS solar cells”,
Physics Status Solidi, vol. 229, No 2. pp. 1055–1064,
2002. https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)
229:2<1055::AID-PSSB1055>3.0.CO;2-W.
10. J. Valdna, and E. Hill, “Efficiency limits of CdTe thin film
solar cell” in Proc.17 European Photovoltaic Solar Energy
Conference, Munich, Germany October 22–26 2001,
pp. 1233–1235.
REFERENCE
1. A. Bosio, S. Pasini, and N. Romeo, “The history of
photovoltaics with emphasis on CdTe solar cells and
modules”, Coatings, vol. 10, № 4, pp. 344-1–344-30,
2020. https://doi.org/10.3390/coatings10040344.
2. K. S. Rahman, et al., “Influence of deposition time in
CdTe thin film properties grown by Close-Spaced
Sublimation (CSS) for photovoltaic application”, Results
in Physics, vol. 14, pp. 102371-1–102371-9, 2019.
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102371.
3. A. Abbas, et al., “The effect of cadmium chloride
treatment on close-spaced sublimated cadmium telluride
thin-film solar cells”, IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 3,
№ 4, pp. 1361–1366, 2013. DOI: 10.1109/PVSC-
Vol2.2012.6656778.
4. A. Romeo, H. Zogg, and A. N. Tiwari, “Influence of
transparent conducting oxide on the properties of CdTe/
CdS solar cells”, in Proc. Word Conference and Exhibition
on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Austria,
6–10 July 1998, pp. 1105–1108.
5. H. S. Rauschenbach, Solar cell array design. The principles
and technology of photovoltaic energy conversion. New
York: Litton Educational Publishing, 1980. DOI:
10.1007/978-94-011-7915-7_FM.
6. G. Khrypunov, and A. Meriuts, “Analysis of diode
characteristics of film solar cells based on CdTe”, (in
Ukrainian), Ukrainian Physical Journal, vol. 49, № 12,
pp. 1188–1191, 2004.
7. G. Khrypunov, A. Pirogov, N. Kovtun, A. Khrypunova, and
D. Kudii, “Film solar cells ITO/SnO2/CdS/CdTe/Cu/Au, (in
Russian), Physical surface engineering, vol. 12, № 4,
pp. 466–475, 2014.
8. R. W. Birkmire, and P. V. Meyers, “Processing Issues for
thin film CdTe cells and modules” in First World
Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii,
Dec. 5–9 1994.
9. K. Durose, et al., “Key aspects of CdTe/CdS solar cells”,
Physics Status Solidi, vol. 229, № 2. pp. 1055–1064, 2002.
https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)
229:2<1055::AID-PSSB1055>3.0.CO;2-W.
10. J. Valdna, and E. Hill, “Efficiency limits of CdTe thin film
solar cell” in Proc. 17 European Photovoltaic Solar Energy
Conference, Munich, Germany October 22–26 2001,
pp. 1233–1235.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.1(68)
https://doi.org/10.3390/coatings10040344
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102371
https://doi.org/10.1109/PVSC-Vol2.2012.6656778
https://doi.org/10.1109/PVSC-Vol2.2012.6656778
about:blank
about:blank
https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)229:2%3C1055::AID-PSSB1055%3E3.0.CO;2-W
https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)229:2%3C1055::AID-PSSB1055%3E3.0.CO;2-W
https://doi.org/10.3390/coatings10040344
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102371
DOI: 10.1109/PVSC-Vol2.2012.6656778.
DOI: 10.1109/PVSC-Vol2.2012.6656778.
about:blank
about:blank
https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)229:2%3C1055::AID-PSSB1055%3E3.0.CO;2-W
https://doi.org/10.1002/1521-3951(200201)229:2%3C1055::AID-PSSB1055%3E3.0.CO;2-W
|
| id | veorgua-article-329 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:09:11Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/46/cbef8e37ef45515b4d6627f6aaa2a146.pdf |
| spelling | veorgua-article-3292026-07-18T06:32:16Z INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD ВПЛИВ «ХЛОРИДНИХ» ОБРОБОК НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ ПЛІВОК ТЕЛУРИДУ КАДМІЮ, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ СУБЛІМАЦІЇ В ЗАМКНУТОМУ ОБ’ЄМІ Khrypunov, G. Meriuts, А. Dobrozhan, А. Khrypunov, М. Shelest, T. solar cells cadmium telluride chloride treatment efficiency сонячні елементи телурид кадмію «хлоридна» обробка ефективність In order to increase the efficiency of solar cells (SCs) based on cadmium telluride films obtained by close space sublimation method, various methods of chloride treatment to activate the base layer of solar cells have been investigated. Both gas-phase and solid-state chloride treatment methods were taken to different solar cells, which allowed doing a comparative analysis of the output parameters and light diode characteristics. The effect of annealing time of the CdTe base layer in cadmium chloride vapors during gas-phase chloride treatment was investigated. It is established that the optimal time of this process is about 10 minutes, which provides efficiency increasing to 12.8%. Numerical modeling of the effect of changes in light diode characteristics on the efficiency showed that the increase in the efficiency of SnO2:F/CdS/CdTe SCs is equally due to a series resistance and diode saturation current density decreasing , as well as an shunt resistance increasing. During the solid-state chloride treatment, cadmium chloride layers of various thicknesses were deposited on the cadmium telluride surface, followed by heterosystem annealing in air. It was found that such treatment does not allow the formation of SCs with an efficiency of more than 9%, due to the negative impact of increasing of series resistance and diode saturation current density.It is established that the effect of chloride treatment on the efficiency is associated with the formation of various defective complexes in the base layer. In the case of gas-phase chloride treatment, small ClTe-VCd acceptors are formed, and in the case of solid-state chloride treatment, isoelectronic 2ClTe-VCd complexes begin to form due to excess chlorine. These complexes affect the light diode parameters of solar cells in different ways, which leads to a significant difference in the SCs efficiency.Thus, it is established that for SCs with a base layer of cadmium telluride obtained by close space sublimation method, the gas-phase method of chloride treatment is optimal and the optimal physical and technological values of this treatment are determined. Bibl. 10, table. 2, fig. 3. З метою збільшення ефективності сонячних елементів (СЕ)&nbsp; на основі плівок телуриду кадмію, отриманих методом сублімації в замкнутому об’ємі, досліджено різні способи проведення «хлоридної» обробки для активації базового шару сонячних елементів. Сонячні елементи піддавалися як газофазній, так і твердотільній «хлоридній» обробці, що дало змогу провести порівняльний аналіз вихідних параметрів та світлових діодних характеристик. Було досліджено вплив часу відпалу базового шару телуриду кадмію&nbsp;в парах хлориду кадмію при газофазній «хлоридній» обробці. Встановлено, що оптимальний час цього процесу становить близько 10 хв, що забезпечує зростання коефіцієнта&nbsp;корисної дії (ККД) до 12,8 %. Проведене числове моделювання впливу зміни світлових діодних характеристик на величину ККД показало, що зростання ефективності СЕ SnO2:F/CdS/CdTe рівною мірою обумовлене зниженням послідовного електроопору та густини діодного струму насичення, а також зростанням шунтувального електроопору. При твердотільній «хлоридній» обробці на поверхню телуриду кадмію осаджувалися шари хлориду кадмію CdCl2 різної&nbsp;товщини з подальшим відпалом гетеросистеми на повітрі. Встановлено, що така обробка не дозволяє формувати СЕ з ККД більше 9 %, що обумовлено негативним впливом підвищеного&nbsp; послідовного електроопору та більшими значеннями густини діодного струму насичення.&nbsp; Встановлено, що вплив «хлоридної» обробки на коефіцієнт корисної дії пов’язаний з формуванням різних дефектних комплексів у базовому шарі. При газофазній «хлоридній» обробці формуються дрібні акцептори ClTe-VCd, а притвердотільній «хлоридній» обробці внаслідок надлишку хлору починають формуватися ізоелектронні комплекси 2ClTe-VCd. Вказані комплекси по-різному впливають на діодні параметри сонячних елементів, що приводить до суттєвої різниці ККД СЕ. Отже, встановлено, що для СЕ з базовим шаром телуриду кадмію, отриманим сублімацією в замкнутому просторі, оптимальним є газофазний метод проведення «хлоридної» обробки та визначені оптимальні значення&nbsp;умов її проведення. Бібл. 10, табл. 2, рис. 3. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022-04-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/329 10.36296/1819-8058.2022.1(68).60-65 Vidnovluvana energetika ; No. 1(68) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 60-65 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 1(68) (2022): Scientific and Applied Journal Vidnovliuvana energetyka; 60-65 Відновлювана енергетика; № 1(68) (2022): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 60-65 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2022.1(68) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/329/250 Copyright (c) 2022 G. Khrypunov, А. Meriuts, А. Dobrozhan, М. Khrypunov, T. Shelest https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solar cells cadmium telluride chloride treatment efficiency Khrypunov, G. Meriuts, А. Dobrozhan, А. Khrypunov, М. Shelest, T. INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title | INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title_alt | ВПЛИВ «ХЛОРИДНИХ» ОБРОБОК НА ЕФЕКТИВНІСТЬ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ ПЛІВОК ТЕЛУРИДУ КАДМІЮ, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ СУБЛІМАЦІЇ В ЗАМКНУТОМУ ОБ’ЄМІ |
| title_full | INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title_fullStr | INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title_full_unstemmed | INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title_short | INFLUENCE OF CHLORIDE TREATMENTS ON THE EFFICIENCY OF SOLAR CELLS BASED ON CADMIUM TELLURIDE FILMS OBTAINED BY CLOSE SPACE SUBLIMATION METHOD |
| title_sort | influence of chloride treatments on the efficiency of solar cells based on cadmium telluride films obtained by close space sublimation method |
| topic | solar cells cadmium telluride chloride treatment efficiency |
| topic_facet | solar cells cadmium telluride chloride treatment efficiency сонячні елементи телурид кадмію «хлоридна» обробка ефективність |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/329 |
| work_keys_str_mv | AT khrypunovg influenceofchloridetreatmentsontheefficiencyofsolarcellsbasedoncadmiumtelluridefilmsobtainedbyclosespacesublimationmethod AT meriutsa influenceofchloridetreatmentsontheefficiencyofsolarcellsbasedoncadmiumtelluridefilmsobtainedbyclosespacesublimationmethod AT dobrozhana influenceofchloridetreatmentsontheefficiencyofsolarcellsbasedoncadmiumtelluridefilmsobtainedbyclosespacesublimationmethod AT khrypunovm influenceofchloridetreatmentsontheefficiencyofsolarcellsbasedoncadmiumtelluridefilmsobtainedbyclosespacesublimationmethod AT shelestt influenceofchloridetreatmentsontheefficiencyofsolarcellsbasedoncadmiumtelluridefilmsobtainedbyclosespacesublimationmethod AT khrypunovg vplivhloridnihobroboknaefektivnístʹsonâčnihelementívnaosnovíplívokteluridukadmíûotrimanihmetodomsublímacíívzamknutomuobêmí AT meriutsa vplivhloridnihobroboknaefektivnístʹsonâčnihelementívnaosnovíplívokteluridukadmíûotrimanihmetodomsublímacíívzamknutomuobêmí AT dobrozhana vplivhloridnihobroboknaefektivnístʹsonâčnihelementívnaosnovíplívokteluridukadmíûotrimanihmetodomsublímacíívzamknutomuobêmí AT khrypunovm vplivhloridnihobroboknaefektivnístʹsonâčnihelementívnaosnovíplívokteluridukadmíûotrimanihmetodomsublímacíívzamknutomuobêmí AT shelestt vplivhloridnihobroboknaefektivnístʹsonâčnihelementívnaosnovíplívokteluridukadmíûotrimanihmetodomsublímacíívzamknutomuobêmí |