Simulation d’une cellule solaire en couches minces à base de sulfure de plomb (PbS)

Abstract

Depuis de nombreuses années, l'industrie de l'énergie solaire s'efforce d'augmenter le rapport coût-performance des cellules solaires grâce à des investissements importants et à des recherches approfondies. Cependant, les performances actuelles des cellules sont encore inférieures aux attentes et il est difficile d'absorber une grande partie du spectre lumineux. Notre travail consiste à optimiser, par simulation, une cellule solaire à base de sulfure de plomb (PbS) en utilisant le logiciel SCAPS-1D pour la simulation. Les résultats montrent que l'épaisseur optimale de la couche tampon de CdS est de 0,01 μm, avec une concentration de dopage optimale de 1018 cm-3. Pour la couche d'absorbeur PbS, l'épaisseur optimale est de 5 μm, avec un gap optimal de 1,4 V. La concentration de dopage optimale pour cette couche est de 1019 cm-3 Ces résultats optimaux ont permis d'atteindre un rendement de conversion de la cellule solaire de 30,31%.

For many years, the solar energy industry has been striving to increase the cost-performance ratio of solar cells through significant investment and extensive research. However, current cell performance is still below expectations and there is a challenge in absorbing a large part of the light spectrum. Our work is to optimize, by simulation, a lead sulfide (PbS) based solar cell using the software SCAPS-1D for simulation. The results show that the optimal thickness of the CdS buffer layer is 0,01 μm, with an optimal doping concentration of 1018-cm. For the PbS absorber layer, the optimal thickness is 5 μm, with an optimal gap of 1,4 V. The optimal doping concentration for this layer is 1019 cm. These optimal results made it possible to achieve a conversion efficiency of the solar cell of 30,31%.

لسنوات عديدة، كانت صناعة الطاقة الشمسية تسعى لزيادة نسبة أداء الخلايا الشمسية مقابل التكلفة من خلال استثمارات كبيرة وأبحاث مكثفة. ومع ذلك، لا يزال أداء الخلايا الحالية أقل من التوقعات وهناك تحدي في امتصاص جزء كبير من طيف الضوء. عملنا يتمثل في التحسين ، عن طريق المحاكاة ، لخلية شمسية تعتمد على مادة كبريتيد الرصاص (PbS) باستخدام برنامج SCAPS-1D لإجراء المحاكاة. أظهرت النتائج أن السماكة المثلى للطبقة العازلة CdS هي μm 0.01، مع تركيز مثلى للمنشطات يبلغ cm-31018. فيما يتعلق بطبقة امتصاص PbS ، فإن السماكة المثلى هي μm 5، مع فجوة مثالية تبلغ 1.4 V. تركيز المنشطات الأمثل لهذه الطبقة هوcm-3 1019. هذه النتائج المثلى جعلت من الممكن تحقيق كفاءة تحويل للخلية الشمسية بنسبة 30.31%.