Warum haben Solarzellen eine Fensterschicht über der Absorberschicht und nicht darunter?

Ich denke, der Punkt, den Sie machen, ist, warum der n-CdS/p-CdTe-Übergang nicht invertiert ist, um p-CdTe/n-CdS zu sein . Wie Sie sagen, würde dies ermöglichen, dass die CdTe-Schicht mit "hoher Mobilität" (es ist keine wirklich hohe Mobilität, sondern eher, dass alle in CdS erzeugten Träger sofort rekombinieren) zuerst platziert wird und ein wenig zusätzliches Licht absorbiert. Etwas in der Größenordnung von$7mA/cm^2$Photostrom geht aufgrund parasitärer Absorption in der CdS-Schicht verloren, daher scheint dies eine gute Idee zu sein.

Ich bin kein Experte für Dünnschichtzellen, aber ich glaube, das Problem läuft auf geeignete Austrittsarbeitsmaterialien für die Elektroden hinaus. Wenn Sie die Zelle umkehren, benötigen Sie auch einen transparenten p-Schicht-Kontakt. Wenn die Austrittsarbeit schlecht passt, ist es möglich, eine Raumladung einzurichten, die eine Ladungsträgersammlung verhindert.

Eine andere Option wäre ein n-CdTe/p-CdS- Design, aber ich denke, es gibt Probleme mit dem Dotieren von CdTe als Donor, oder zumindest kann es nur auf einem niedrigen Niveau durchgeführt werden ~$~10^{-14}cm^{-3}$, wodurch Sie ein kleines eingebautes Feld erhalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das Design der Dünnschichtsolarzelle wahrscheinlich aufgrund von Materialzwängen entwickelt hat.

Dies ist eine interessante Frage, ich werde sie genauer untersuchen und aktualisieren. Hoffentlich gibt Ihnen das bis dahin einige Hinweise.

Wenn das Licht auf das P-Substrat trifft, regt es ein Elektron an. Dieses Elektron wird entweder wieder in das P-Substrat absorbiert, oder es kann in das N-Substrat wandern und wird dort absorbiert. Sobald sich das Elektron aufgrund des PN-Übergangs in das N-Substrat bewegt hat, besteht der einfachere Weg zum Ausgleich der Ladungen darin, Elektronen durch einen externen Stromkreis zu schieben.

Es ist sinnvoller, angeregte Elektronen in der Nähe des N-Substrats zu erzeugen, als die angeregten Elektronen auf der dem N-Substrat abgewandten Seite zu erzeugen. Stärker angeregte Elektronen können auf das N-Substrat übertragen werden, wenn es in der Nähe ist.

Ich kann nicht direkt zu diesem Design sprechen, kann aber zwei allgemeine Gründe für eine Überschichtung nennen. Erstens kann es notwendig sein, das Übergangsmaterial zu schützen oder zu passivieren. Zweitens verringert eine Schicht mit geeigneter Dicke und Brechungsindex die Gesamtreflexion, wodurch die Sammeleffizienz der Vorrichtung verbessert wird (Solarzellen sind im Wesentlichen ein spezialisierter Typ von Festkörperdetektoren, genau wie in einer Digitalkamera).

Ich würde davon ausgehen, dass Sie auch die höchste Absorption am PN-Übergang wünschen. Wenn sich also die Fensterschicht oben befindet, befindet sich die höchste Lichtmenge in der Absoberschicht direkt neben dem Übergang und sollte die Träger effizienter trennen als im Gegensatz dazu, dass das meiste Licht vor dem Übergang absorbiert wird und der Träger dann über die Länge der Absorberschicht diffundiert und sich möglicherweise während dieses Prozesses rekombiniert.

Die Physik der Solarzellen von Jenny Nelson, S. 167-168, beantwortet diese Frage.

Ich denke, was es aussagt, ist, dass, wenn ein Photon nahe am Rand der pn-Schicht absorbiert wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass Grenzflächendeformationen zwischen dem Halbleiter und den umgebenden Schichten die Ladungsrekombination fördern. Sie möchten also, dass das eh-Paar in der Mitte des pn-Übergangs hergestellt wird, damit sie weit voneinander entfernt sind, wenn sie die deformierte Grenzfläche erreichen. Eine Fenster-n-Schicht bedeutet also, dass sie nur in der p-Schicht weit weg von den Rändern absorbiert werden kann.