Optimization of graded band gap CdHgTe solar cells

A p-n junction is considered with a p-type graded band gap CdHgTe alloy as the front layer and an n-type CdHgTe alloy of uniform band gap as the base region. The optimization of solar energy conversion is conducted with respect to two constitutive parameters : the gradient of the band gap and the thickness of the front layer. The presence of an accelerating quasi-electric field near the surface makes the grade structure less sensitive to recombination effects than a CdTe homojunction. Depending on the bulk lifetime (10-9 s - 5 x 10- 10 s) and the surface recombination velocity (105 cm/s -106 cm/s) an AMI power efficiency between 17.90 an 19.75 % is predicted.Une jonction p-n est considérée avec une couche frontale formée d'un alliage CdHgTe de type p à bande interdite variable (BIV) et une base formée d'un alliage homogène CdHgTe de type n. La recherche du rendement maximum de conversion énergétique est conduite par rapport à deux paramètres constitutifs : le gradient de bande interdite et l'épaisseur de la couche frontale.. La présence d'un quasi-champ électrique accélérateur près de la surface rend la structure à BIV moins sensible aux effets de recombinaison que l'homojonction p-n CdTe. Dépendant de la recombinaison en volume (τn = 10-9 s - 5 x 10-10 s) et de la vitesse de recombinaison superficielle (S = 105 cm/s —10 6 cm/s), un rendement de 17,9 à 19,75 % est prévu sous éclairement AM1

Homojonction CdTe par croissance épitaxique en phase vapeur

We are engaged in a program directed toward the preparation and the experimental study of p-n graded band-gap CdTe-CdxHg1- xTe solar cells [1, 2]. It has been shown [3] that a gradel band-gap structure both contributes to voltage output of the cell (bulk photovoltaic effect [4]) and decreases surface and bulk minority carriers recombination losses (enhancement of minority carrier diffusion lengths) through the built-in quasi electric field. One part of the program is devoted to the epitaxial growth of CdTe thin film using a Close-Spaced Vapor Transport (C. S. V. T.) process. Films deposited onto CdTe single crystal substrate are always polycristalline and oriented by epitaxy. The grain size depends on the surface state (chemical and thermal etches used prior to depositing) and the temperature of the substrate (500° to 600 °C) ; it depends also on the growth procedure and the growth rate (the mean value is 1.5 μm/min. for a temperature gradient of 50 °C/min. ; p-type layers have been obtained using As-doped CdTe sources, onto low resistivity In-doped CdTe single crystal. In this paper we describe and discuss some preliminary investigations on CdTe homojunction diodes with tentative to determine the effect of basic material parameters on the characteristics of the solar cells.Example of experimental data : open circuit voltage Voc = 0.62 V, short-circuit current density J s = 12 mA/cm2, with a conversion efficiency η = 3.25 % for a 0.2 cm2 surface under solar illumination.Nous sommes engagés dans un programme orienté vers la préparation et l'étude des propriétés de cellules solaires à largeur de bande interdite variable CdTe-CdxHg1-xTe. On sait qu'un gradient de bande interdite a pour double effet d'une part de contribuer à la tension de sortie du générateur (tension photovoltaïque de volume) et d'autre part de réduire les recombinaisons de surface et en volume par accroissement des longueurs de diffusion des porteurs minoritaires sous l'effet d'un quasi-champ électrique interne. Une partie du programme concerne la croissance épitaxique de CdTe par la méthode de transport en phase vapeur à courte distance. Les films déposés sur un substrat monocristallin de CdTe sont toujours polycristallins et sont orientés par épitaxie. La taille des grains est influencée par l'état de surface (après attaque chimique et thermique) et la température du substrat (500 °C à 600 °C) ; elle dépend également de la procédure de croissance ainsi que de sa vitesse (la vitesse moyenne étant de 1,5 micron/minute pour un gradient de température de 50 °C/min.) ; des couches de type p ont été déposées, en utilisant une source en CdTe dopé à l'arsenic, sur des substrats monocristallins de CdTe de type n, dopé à l'indium et de faible résistivité. Nous décrirons et discuterons les résultats préliminaires obtenus avec des homojonctions CdTe avec un effort pour dégager l'influence des paramètres de base du matériau sur les caractéristiques des photopiles solaires. Exemple des résultats expérimentaux : Voc = 0,62 V, Jcc = 12 mA/cm2, η = 3,25 %