Improvement in the absorption efficiency of a CdS-CdTe thin film system by using ITO nano-grids for photovoltaic applications.
María Isidra Rodríguez González1, José Manuel González Vargas1, José Javier Sánchez Mondragón2, Néstor Lozano Crisóstomo1, Julio César García Melgarejo1.
1 Universidad Autónoma de Coahuila, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Carr. Torreón-Matamoros Km 7.5, Cd Universitaria, C.P. 27410, Torreón, Coahuila, México.
2 Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Carr. Luis Enrique Erro #1, Tonanzintla, C.P.72840, San Andrés Cholula, Puebla, México.
Autor de correspondencia: Maria Isidra Rodríguez González
Universidad Autónoma de Coahuila
Correo electrónico: rodriguez_isidra@uadec.edu.mx
CienciAcierta No. 75 julio – septiembre
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Resumen
El teluluro de cadmio (CdTe) es un semiconductor ampliamente utilizado en la fabricación de células solares de película delgada. Sin embargo, las células solares de capas planas presentan el inconveniente de altas pérdidas por reflexión de la luz solar incidente. Para abordar este problema, se ha implementado el uso de nanoestructuras dieléctricas que utilizan la dispersión frontal descrita por la teoría de Mie, con el objetivo de mejorar la absorción de la luz en las células solares de CdTe. En este artículo se describe numéricamente la mejora en la absorción de un sistema de cuatro capas delgadas, el cual está conformado por óxido de indio y estaño (ITO, por sus siglas en inglés Indium Tin Oxide), sulfuro de cadmio (CdS), telururo de cadmio (CdTe) y oro (Au). La propuesta consiste en la incorporación de dos tipos de nano rejillas de ITO, una rejilla simple y una rejilla doble. Los parámetros considerados en nuestro análisis fueron el periodo de las nano rejillas y la separación entre los nano alambres de la rejilla doble. Las soluciones numéricas fueron implementadas en el software COMSOL Multiphysics. Los resultados obtenidos indican que la incorporación de las nano rejillas contribuye a mejorar la absorción de la capa de CdTe hasta un 3.75%, lo cual ofrece una opción interesante a considerar en el desarrollo de celdas solares mejoradas basadas en CdS-CdTe.
Palabras clave: Celdas solares, CdS-CdTe,nano rejillas, eficiencia cuántica, densidad de potencia absorbida.
Abstract
Cadmium telluride (CdTe) is a widely used semiconductor in the fabrication of thin-film cells. However, flat-layer solar cells have the drawback of high losses due to the reflection of incident sunlight. To address this problem, the use of dielectric nanostructures using forward scattering described by Mie theory has been implemented, with the aim of improving light absorption in CdTe solar cells. In this article we describe numerically the absorption improvement of a four-layer thin-film system, which is composed of Indium Tin Oxide (ITO), cadmium sulfide (CdS), cadmium telluride (CdTe), and gold (Au). The proposal involves the incorporation of two types of ITO nano-grids, a single and a double grid. The parameters considered in our analysis were the period of the nano-grids and the separation between the nanowires of the double grid. We implemented the numerical solutions by using COMSOL Multiphysics software. The results obtained indicate that the incorporation of the nano-grids contributes to improving the absorption of the CdTe layer up to 3.75%, which offers an interesting option to consider in the development of improved CdS-CdTe based solar cells.
Key words: solar cell, CdS-CdTe, nano-grids, quantum efficiency, absorbed power density.
