INFLUENȚA GROSIMII STRATULUI DE Cd1-xMnxTe ASUPRA ...

[Pages:4]S T U D I A U N I V E R S I T A T I S M O L D A V I A E , 2017, nr.2(102) Seria "{tiin\e exacte [i economice" ISSN 1857-2073 ISSN online 2345-1033 p.58-61

CZU: 621.383.4-039.648

INFLUENA GROSIMII STRATULUI DE Cd1-xMnxTe ASUPRA PARAMETRILOR

FOTOVOLTAICI AI HETEROJONCIUNII CdS/Cd1-xMnxTe

Victor SUMAN, Vladimir FEDOROV, Dumitru RUSNAC Universitatea de Stat din Moldova

Heterojonciunile CdS/Cd1-xMnxTe au fost obinute aplic?nd metoda de volum cvasi?nchis. La studierea proprietilor electrice i fotoelectrice ale acestor structuri s-a constatat c fotosensibilitatea a crescut esenial datorit tratrii termice ?n clorur de cadmiu, iar eficiena celulei solare (CS) este de 10,29%. Aceasta se datoreaz micorrii recombinrii purttorilor de sarcin la suprafa i particularitilor proprietilor electrice i fotoelectrce ale acestor structuri.

Cuvinte-cheie: heterojonciune, clorur de cadmiu, celul solar, procedeu tehnologic.

INFLUENCE OF THE Cd1-xMnxTe THICKNESS ON PHOTOVOLTAIC PARAMETERS OF THE CdS/Cd1-xMnxTe HETEROJUNCTION Heterojunction CdS/Cd1-xMnxTe has been obtained by quasi-closed volume method. Photosensibility increases sharply due to the thermal treatment in the cadmium chloride analyzing electrical and photoelectrical properties of these structures. The solar cell efficiency is 10.29% and is caused by decreased recombination process and specific electrical and photoelectrical properties. Keywords: heterojunction, cadmium chloride, solar cell, technological process.

Introducere

La proiectarea transformatoarelor ?n cascad sunt necesare un set de celule solare din semiconductori cu diferite largimi ale benzii interzise ce se schimb ?n domenii largi. ?n afar de aceasta, materialele ce intra ?n componena celulelor solare ?n cascad trebuie s coincid unul cu altul dup parametrii reelei cristaline i s aib proprietai care ofer posibilitatea de depunere sub form de straturi epitaxiale care formeaz o singur structur. Satisfacerea acestor cerine privind compusul ternar MnTe - CdTe permite s se obin compui cu diferite largimi ale benzilor interzise ? de la 1,5 eV p?n la 2,7 eV, ?n funcie de coninutul de x. Acest aliaj se cristalizeaz ?n structura ?nveliului de zinc, este stabil, absorbia radiaiei ?n el este ?nsoit de tranzacii optice directe, procesul de fabricare este destul de simplu. ?n [1] se menioneaz c au fost primite unele noi structuri fototransformatoare bazate pe volumul de cristale omogene Cd1-xMnxTe, ceea ce prezint rezultatele cercetrii fenomenelor fotoelectrice ?n aceste structuri, care deschid posibilitatea de a studia interaciunea lor cu c?mpuri magnetice externe.

I. Tehnologia de obinere a straturilor ?n calitate de suport au fost utilizate plachete din sticl cu suprafaa de 2x2 cm2, pe care preventiv era

depus un strat transparent (cu transparena T=90%) i conductibil (cu rezistena R=10 50 Ohm). Drept surs pentru evaporare au servit pulberile de CdS cu puritatea de 99,99%, iar cristalitele de Cd1-xMnxTe erau mrunite uniform i calibrate cu ajutorul unor site speciale. Cristalitele de Cd1-xMnxTe au fost crescute prin metoda Bridjmen din material elementar de Cd cu puritatea 99,99%, Mn cu puritatea 99,99% i Te cu puritatea 99,99%. Componentul x era de circa 40%. Viteza de cretere a monocristalului constituia circa 0,1 mm/h. Straturile peliculare de CdS, Cd1-xMnxTe au fost obinute prin metoda volumului cvasi?nchis. Temperatura suportului i a evaporatorului era monitorizat cu ajutorul termocuplului. Temperatura suportului era monitorizat la temperatura 400oC 420oC, iar temperatura sursei de evaporare varia ?ntre 520oC 530oC.

Concomitent au fost preparate i structuri de tipul ITO/CdS/Cd1-xMnxTe, care permit asamblarea celulelor fotovoltaice cu srat fereastr pentru a modifica gradul de utilizare a spectrului luminii incidente pe suprafaa structurii. Stratul nCdS a fost preparat prin metoda volumului cvasi?nchis. Gradientul de temperatur ?ntre sursa CdS i substrat constitue 100 110oC. Autodoparea straturilor CdS ?n procesul creterii prin difuzia In din substratul de ITO, substituind Cd ?n reeaua cristalin a CdS, determin rezistena mic a acestor straturi. Microfotografiile stratului de Cd1-xMnxTe sunt prezentate ?n Figura 1 a) i b).

58

? Universitatea de Stat din Moldova, 2017

S T U D I A U N I V E R S I T A T I S M O L D A V I A E , 2017, nr.2(102) Seria "{tiin\e exacte [i economice" ISSN 1857-2073 ISSN online 2345-1033 p.58-61

Fig.1 a). Microfotografia stratului de Cd1-xMnxTe p?n la tartare.

Fig.1 b). Microfotografia stratului de Cd1-xMnxTe dup tartare.

Msurtorile au fost efectuate la microscopul electronic cu scanare de tipul ,,L.E.O". S-a observat c straturile crescute prin metoda volumului cvasi?nchis erau omogene dup suprafa i dup grosimea stratului, cu o textur bine pronunat. Cristalitele cu o form hexagonal aveu ?n diametru p?n la 10 . Tratarea ulterioar a stratului de Cd1-xMnxTe ?n soluie de CdCl2 timp de 12 ore, urmat de tratarea termic la presiunea atmosferic i la temperatua de 420oC, a scos ?n eviden o restructurare a ?mpachetrii cristalitelor dup o form geometric bine pronunat. Presupunem c tratarea ?n soluia de CdCl2 ?mbuntete esenial at?t structura straturilor obinute, c?t i parametrii fotoelectrici ai heterojonciunilor preparate.

II. Rezultate i interpretare ?n Figura 2 sunt prezentate caracteristicile de sarcin ale heterojonciunilor ITO/CdS/ Cd1-xMnxTe/Ni. Caracteristicile au fost cercetate la temperatura camerei i la puterea luminii incidente de 100 mV/cm2. Se observ o ?mbuntire esenial a caracteristicii de sarcin ?n cazul structurilor cu grosimea de p?n la 25 , unde tensiunile de circuit deschis (UCD) 0,81V, densitatea curentului de scurtcircuit (ISC) 18,64 mA/cm2, coificientul de umplere (FF) 61,63% i randamentul ( ) 10,29%. Majoritatea parametrilor fotovoltaici, specificai ?n Tabelul 1, sunt determinai de faptul c CdS cu grosimea de cca 2 are rolul de fereastr optic i conduce la diminuarea vitezei de recombinare la suprafaa structurii. Aceasta se datoreaz faptului c lrgimea benzii interzise a compusului CdS (2,42 eV) a Cd1xMnxTe (1,48 eV) asigur apariia c?mpului electric, care se opune deplasrii purttorilor de sarcin minoritari spre suprafa i, respectiv, micoreaz procesul de recombinare a lor.

59

S T U D I A U N I V E R S I T A T I S M O L D A V I A E , 2017, nr.2(102) Seria "{tiin\e exacte [i economice" ISSN 1857-2073 ISSN online 2345-1033 p.58-61

Fig.2. Caracteristica I--U a HJ/CdS/CdxMn1-xTe/Ni.

Parametrii fotoelectrici ai HJ/CdS/CdxMn1-xTe la 300K i 100 mW/cm2

Pmax, mW 3,20 4,23 4,56 6,54 5,84 4,93 4,08 3,30 3,15 2,32 1,53

Ucd, V 0,753 0,716 0,736 0,81 0,8 0,769 0,76 0,8 0,76 0,76 0,79

Isc , mA 15,23 13,63 18,62 13,1 14,57 13,59 12,18 11,62 12,1 10,46 7,75

FF% 27,93 43,34 33,27 61,63 50,15 47,22 44,14 35,55 34,31 29,28 25,03

5,04 6,66 7,18 10,29 9,20 7,77 6,43 5,20 4,97 3,66 2,41

d, m 10 20 24 25 26 27 28 32 44 45 46

Tabel

Factorul de idealitate A a fost determinat din dependena exponenial a curentului de tensiune la ?ntuneric I=I0exp(eU/AkT), ?n care I0 ? curentul de sturaie, U ? tensiunea aplicat la bornele heterojonciunii, T ? temperatura, k ? constanta Boltzmann, constitue1,8 2,2. Acest fapt indic la mecanismul generare-recombinare

de trecere a curentului prin heterojonciune. Valoarea densitii curentului de sturaie la ?ntuneric, determinat din aceeai caracteristic, nu depete (5 8)?10-9A ? cm-2, ceea ce demonstreaz c interfaa heterojonciunii

cu strat frontal de CdS este perfect. Dependena randamentului i a factorului de umplere fa de grosimea stratului de CdxMn1-xTe depus pe suport este ilustrat ?n Figura 3.

Fig.3. Dependena FF i a randamentului fa de grosimea stratului de Cd1-xMnxTe. 60

S T U D I A U N I V E R S I T A T I S M O L D A V I A E , 2017, nr.2(102) Seria "{tiin\e exacte [i economice" ISSN 1857-2073 ISSN online 2345-1033 p.58-61

Din Figura 3 observm c ?ncep?nd cu grosimile de 8 10 parametrii fotovoltaici ai heterojonciunilor studiate cresc monoton p?n aproximativ la grosimile de 25 . Pentru grosimi mai mari ca 25 parametrii fotovoltaici se diminueaz lent, iar ?ncep?nd cu grosimi mai mari ca 40 se micoreaz brusc. Probabil, ?n procesul tratrii termice a stratului de Cd1-xMnxTe ?n prezena CdCl2 ultimul nu difundeaz pe ?ntreg volumul semiconductorului, ceea ce ?nrutete i parametrii fotoelectrici.

?n Figura 4 este reprezentat dependena spectral a fotosensibilitii straturilor ITO/CdS/ Cd1-xMnxTe/Ni obinute. Fotosensibilitatea heterojonciunii ITO/CdS/ Cd1-xMnxTe/Ni cuprinde intervalul lungimilor de und 510 850 nm, cu fotosensibilitatea maxim ?n intervalul lungimilor de und 700 820 nm.

Fig.4. Dependena spectral a fotosensibilitii structurilor ITO/CdS/ CdxMn1-xTe/Ni.

Concluzii Au fost confecionate i cercetate proprietile electrice i fotoelectrice ale heterojonciunilor ITO/CdS/ CdxMn1-xTe/Ni. S-a constatat c tratarea stratului de CdxMn1-xTe ?n soluie de CdCl2 ?mbuntete simitor structura cristalin a peliculei de CdxMn1-xTe, precum i fotosensibilitatea structurii. ?n toate heterojonciunile studiate UCD i ISC depind de grosimea stratului depus i se schimb dup o curb cu maximum. Grosimile ce corespund maximului conductibilitii coincide cu maximul randamentului celulelor fotovoltaice obinute. Eficiena CS din CdxMn1-xTe cu strat frontal de nCdS poate fi majorat prin optimizarea parametrilor heterojonciunilor obinute.

Referine: 1. , .. . - -

CdxMn1-xTe. : , 2008, .78, 6, .49-53. 2. MORALES ACEVEDO, A. In: Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2006, no 90, p.2213. 3. GAIN, P., GAUGA, P., FOCA, A. Fizica dispozitivelor semiconductoare. Chiinu: Tipografia Central, 1998.

367 p.

Prezentat la 21.06.2017

61

 ................
................

In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.

Google Online Preview   Download