pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTUpimi-71Research ArticleМетоды оценки качества объектов и процессовMethods of quality estimation of products and processesДЕГРАДАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Cu(In,Ga)Se2 ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИDEGRADATION OF SOLAR CELLS PARAMETERS FABRICATED ON THE BASIS OF Cu(In,Ga)Se2 SEMICONDUCTOR SOLID SOLUTIONS UNDER ELECTRON IRRADIATIONМудрыйА. В.MudryiA. V.mudryi@physics.byРефахатиН.RefahatiN.mudryi@physics.byЖивулькоВ. Д.ZhivulkoV. D.mudryi@physics.byЯкушевМ. В.YakushevM. V.mudryi@physics.byМартинР. В.MartinR. W.mudryi@physics.byНаучно-практический центр НАН Беларуси по материаловедению, г. МинскБеларусьScientific-Practical Material Research Centre of NAS of Belarus, MinskBelarusУниверситет Страсклайд, г. ГлазгоВеликобританияUnuiversity of Strathclyde, GlasgowUnited Kingdom20143003201501106114Copyright © Мудрый А.В., Рефахати Н., Живулько В.Д., Якушев М.В., Мартин Р.В., 20152015Мудрый А.В., Рефахати Н., Живулько В.Д., Якушев М.В., Мартин Р.В.Mudryi A.V., Refahati N., Zhivulko V.D., Yakushev M.V., Martin R.W.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/71

Методом испарения элементов Cu, In, Ga и Se из независимых источников на натрийсодержащих стеклянных подложках, покрытых слоем молибдена, выращены тонкие поликристаллические пленки Cu(In,Ga)Se2 (CIGS). Изучено влияние электронного облучения на электрические и оптические свойства тонких пленок CIGS и солнечных элементов со структурой ZnO:Al/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/стекло. Установлено, что деградация электрических параметров солнечных элементов (напряжения холостого хода, плотности тока короткого замыкания и коэффициента полезного действия) обусловлена образованием радиационных дефектов (рекомбинационных центров) с глубокими энергетическими уровнями в запрещенной зоне базовых слоев CIGS. Обнаружено, что после электронного облучения значительно уменьшается интенсивность близкраевой люминесценции в области 1,1 эВ и появляются полосы люминесценции с максимумами 0,93 и 0,75 эВ.

Polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin films were grown on molybdenum-coated soda-lime glass substrates by co-evaporation of the elements Cu, In, Ga and Se from independent sources. The effect of electron irradiation on the electrical and optical properties of CIGS thin films and solar cells with the structure ZnO:Al/i-ZnO/CdS/CIGS/Mo/glass was studied. It was found that the degradation of the electrical parameters of solar cells (open-circuit voltage, short-circuit current density and efficiency) took place due to the formation of radiation defects (recombination centers) with deep energy levels in the bandgap of CIGS. It was revealed that after electron irradiation intensity of near band-edge luminescence band at about 1,1 eV decreased considerably and bands of luminescence with maxima at 0,93 and 0,75 eV appeared.

тонкие пленки Cu(InGa)Se2солнечные элементыэлектронное облучениелюминесценцияCu(InGa)Se2 thin filmssolar cellselectron-irradiationluminescenceReferencesContreras, M.A. Wide band gap Cu(In,Ga)Se2 solar cells with improved energy conversion efficiency / M.A. Contreras [et al.] // Prog. Photovolt. Appl. Res. – 2012. – Vol. 20, Is. 7. – P. 843–850.Contreras M.A., Mansfield L.M., Egaas B., Li J., Romero M., Noufi R., Rudiger-Voigt E., Mannstadt W. Wide band gap Cu(In,Ga)Se2 solar cells with improved energy conversion efficiency. Prog. Photovolt. Appl. Res., 2012, vol. 20, pp. 843–850.Jackson, P. New world record efficiency for Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells beyond 20 % / P. Jackson [et al.] // Prog. Photovolt. Appl. Res. – 2011. – Vol. 19, Is. 7. – P. 894–897.Jackson P., Hariskos D., Lotter E., Paetel S., Wuers R., Menner R., Wischmann W., Powalla M. New world record efficiency for Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells beyond 20 %. Prog. Photovolt. Appl. Res., 2011, vol. 19, pp. 894–897.Green, M.A. Solar cells efficiency tables (version 43) / M.A. Green [et. al.] // Prog. Photovolt. Appl. Res. – 2014. – Vol. 22, Is. 1. – P. 1–9.Green M.A., Emery K., Hishikawa Y., Warta W., Dunlop E.D. Solar cells efficiency tables (version 43). Prog. Photovolt. Appl. Res., 2014, vol. 22, pp. 1–9.Jasenek, A. Defect generation in Cu(In,Ga)Se2 heterojunction solar cells by high-energy electron and proton irradiation / A. Jasenek, U. Rau // J. Appl. Phys. – 2001. – Vol. 9, № 2. – P. 650–658.Jasenek A., Rau U. Defect generation in Cu(In,Ga)Se2 heterojunction solar cells by high-energy electron and proton irradiation. J. Appl. Phys., 2001, vol. 9, pp. 650–658.Мудрый, А.В. Радиационные дефекты в тонких пленках Cu(In,Ga)Se2 при высокоэнергетическом электроном облучении / А.В. Мудрый [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2005. – T. 72, № 6. – С. 805–808.Mudryi A.V., Gremenok V.F., Ivaniukovich A.V., Yakushev M.V., Feofanov Ya.V. [Radiation defects in thin Cu(In,Ga)Se2 films under high-energy electron irradiation]. Zhurnal prikladnoy spektroskopii, 2005, vol. 72, pp. 805–808 (in Russian).Morioka, G. First flight demonstration of filmlaminated InGaP/GaAs and CIGS thin film solar cells by JAXA’S small satellite in LEO / G. Morioka [et al.] // Prog. Photovolt. Appl. Res. – 2011. – Vol. 19, Is. 7. – P. 825–833.Morioka G., Shimazaki K., Kawakita S., Imaizumi M., Yamaguchi H., Takamoto T., Sato S., Ohshima T., Nakamura Y., Hirako K., Takahashi M. First flight demonstration of film-laminated InGaP/GaAs and CIGS thin film solar cells by JAXA’S small satellite in LEO. Prog. Photovolt. Appl. Res., 2011, vol. 19, pp. 825–833.Gabor, A.M. High-efficiency CuInxGa1-xSe2 solar cells made from (Inx, Ga1-x)2Se3 precursor films / A.M. Gabor [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1994. – Vol. 65, Is. 2. – P. 198–200.Gabor A.M., Tuttle J.R., Albin D.S., Contreras M.A., Noufi R. High-efficiency CuInxGa1-xSe2 solar cells made from (Inx, Ga1-x)2Se3 precursor films. Appl. Phys. Lett., 1994, vol. 65, pp. 198–200.Shafarman, W.N. Cu(In,Ga)Se2 Sollar Cells / W.N. Shafarman, L.Stolt // Handbook of Photovoltaic Science and Enginering. Edited by A.Shafarman W.N., Stolt L. Cu(In,Ga)Se2 Sollar Cells: in Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Edited by A. Luque and S. Hegedus. John Wiley and Sons, Ltd., 2003, pp. 567–616.Luque and S. Hegedus. – John Wiley and Sons, Ltd. – 2003. – P. 567–616.Mudryi A.V., Ivaniukovich A.V., Yakushev M.V., Feofanov Ya.V., Kulikauskas V.S., Chernysh V.S. [Defect generation in chalcopyrite semiconductor thin films Cu(In,Ga)Se2 by proton irradiation]. Poverkhnost’. Rentgenovskiye, sinkhrotronnyye i neytronnyye issledovaniye, 2006, no. 11, pp. 35–38 (in Russian).Мудрый, А.В. Дефектообразование в тонких пленках халькопиритных полупроводни-ков Cu(In,Ga)Se2 при облучении протонами / А.В. Мудрый [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2006. – № 11. – С. 35–38.Karotki A.V., Mudryi A.V., Yakushev M.V., Luckert F., Martin R. [Structural and optical properties of CdS/Cu(In,Ga)Se2 heterostructures irradiated by high-energy electrons]. Zhurnal prikladnoy spektroskopii, 2010, vol. 77, pp. 725 – 731 (in Russian).Короткий, А.В. Структурные и оптические свойства гетероструктур CdS / Cu(In,Ga)Se2, облученных высокоэнергетическими электронами / А.В. Короткий [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2010. – Т. 77, № 5. – С. 725–731.Hirose Y., Warasawa M., Takakura K., Kimura S., Chichibu S.F., Ohyama H., Sugiyama M. Optical and electrical properties of electron-irradiated Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Thin Solid Film, 2011, vol. 519, pp. 7321–7323.Hirose, Y. Optical and electrical properties of electron-irradiated Cu(In,Ga)Se2 solar cells / Y. Hirose [et al.] // Thin Solid Film. – 2011. – Vol. 519. – P. 7321–7323.Hirose Y., Warasawa M., Tsunoda I., Takakura K., Sugiyama M. Effects of proton irradiation on optical and electrical properties of Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Japan. J. Appl. Phys., 2012, vol. 51, pp. 111802-1–111802-4.Hirose, Y. Effects of proton irradiation on optical and electrical properties of Cu(In,Ga)Se2 solar cells / Y. Hirose [et al.] // Japan. J. Appl. Phys. – 2012. – Vol. 51. – P. 111802-1–111802-4.Grzeta-Plenkovic B., Popovic S., Chuseka B., Santic B. Crystal data for AgGaxIn1-xSe2 and CuGaxIn1-xSe2. Appl. Cryst., 1980, vol. 13, pp. 311–315.Grzeta-Plenkovic, B. Crystal data for AgGaxIn1-xSe2 and CuGaxIn1-xSe2/ B. Grzeta-Plenkovic [et al.] // Appl. Cryst. – 1980. – Vol. 13, Part 3. – P. 311–315.Tinoco T., Rincon C., Quintero M., Sanchez Perez G. Phase Diagram and Optical Energy Gaps for CuInyGa1ySe2 Alloys. Phys. Stat. Sol.(a), 1991, vol. 124, pp. 427–434.Tinoco, T. Phase Diagram and Optical Energy Gaps for CuInyGa1-ySe2 Alloys / T. Tinoco [et al.] // Phys. Stat. Sol. (a). – 1991. – Vol. 124, Is. 2. – P. 427–434.Friedrich E.J., Fernandez-Ruiz R. Merino J.M., Leon M. X-ray Difraction Data and Rietveld refinement of CuGaxIn1-xSe2 (x = 0.15 and x = 0.50). Power Diffraction, 2010, vol. 25, pp. 253–257.Friedrich, E.J. X-ray Difraction Data and Rietveld refinement of CuGaxIn1-xSe2 (x = 0.15 and x= 0.50) / E.J. Friedrich [et al.] // Power Diffraction. – 2010. – Vol. 25, Is. 3. – P. 253–257.Mudryi A.V., Gremenok V.F., Karotki A.V., Zalesski V.B., Yakushev M.V., Luckert F., Martin R. Structural and optical properties of Cu(In,Ga)Se2 semiconductor compound thin films. Zhurnal prikladnoy spektroskopii, 2010, vol. 77, pp. 400–406 (in Russian).Мудрый, А.В. Структурные и оптические свойства тонких пленок полупроводниковых соединений Cu(In,Ga)Se2 c различным химическим составом / А.В. Мудрый [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2010. – Т. 77, № 3. – С. 400–406.Zhang S.B., Wei S.-H., Zunger A., Katayama-Yoshida H. Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor. Phys. Rev. B, 1998, vol. 57, pp. 9642–9656.Zhang, S.B. Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite semiconductor / S.B. Zhang [et al.] // Phys. Rev. B. – 1998. – Vol. 57, № 16 – P. 9642–9656.Weinert K., Jasenek A., Rau U. Consequence of 3-MeV electron irradiation on the photovoltaic output parameters of Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Thin Solid Films, 2003, vol. 431–432, pp. 453–456.Weinert, K. Consequence of 3-MeV electron irradiation on the photovoltaic output parameters of Cu(In,Ga)Se2 solar cells / K. Weinert [et. al.] // Thin Solid Films. – 2003. – Vol. 431–432. – P. 453–456.Weinert, K. Consequence of 3-MeV electron irradiation on the photovoltaic output parameters of Cu(In,Ga)Se2 solar cells / K. Weinert [et. al.] // Thin Solid Films. – 2003. – Vol. 431–432. – P. 453–456.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.