¿Por qué las células solares tienen una capa de ventana encima de la capa absorbente y no debajo?

Creo que el punto que está señalando es por qué la unión n-CdS/p-CdTe no está invertida para ser p-CdTe/n-CdS . Como usted dice, esto permitiría que la capa CdTe de "alta movilidad" (no es realmente una alta movilidad, es más que cualquier portador generado en CdS se recombina instantáneamente) se coloque primero y absorba un poco de luz adicional. Algo del orden de$7mA/cm^2$de la fotocorriente se pierde debido a la absorción parásita en la capa de CdS, por lo que parece una buena idea.

No soy un experto en celdas de película delgada, pero creo que el problema se reduce a materiales adecuados para la función de trabajo de los electrodos. Si invierte la celda, también necesita tener un contacto de capa p que sea transparente. Si la función de trabajo no coincide, entonces es posible configurar un cargo por espacio que impida la recolección del transportista.

Otra opción sería hacer un diseño n-CdTe/p-CdS; sin embargo, creo que hay problemas con el dopaje de CdTe como donante, o al menos solo se puede hacer a un nivel bajo ~$~10^{-14}cm^{-3}$, que le dará un pequeño campo incorporado.

Entonces, en resumen, el diseño de la celda solar de película delgada probablemente evolucionó debido a las limitaciones del material.

Esta es una pregunta interesante, la investigaré más y la actualizaré. Esperemos que esto le dé algunos consejos hasta entonces.

Cuando la luz golpea el sustrato P, excita un electrón. Este electrón se vuelve a absorber en el sustrato P o puede pasar al sustrato N y ser absorbido allí. Una vez que el electrón se ha movido hacia el sustrato N, debido a la unión PN, el camino más fácil para equilibrar las cargas es empujar los electrones a través de un circuito externo.

Tiene más sentido generar electrones excitados cerca del sustrato N, que generar los electrones excitados en el lado opuesto al sustrato N. Más electrones excitados pueden transferirse al sustrato N si está cerca.

No puedo hablar directamente de este diseño, pero puedo ofrecer dos razones generales para una superposición. Primero, puede ser necesario proteger o pasivar el material de unión. En segundo lugar, una capa de espesor e índice de refracción apropiados reducirá la reflectancia general, mejorando así la eficiencia de recolección del dispositivo (las células solares son esencialmente un tipo especializado de detector de estado sólido, igual que en una cámara digital).

Supongo que también desea la absorción más alta en la unión PN, por lo que si hay una capa de ventana en la parte superior, entonces la mayor cantidad de luz en la capa de absorción está justo al lado de la unión, y debería separar los portadores de manera más eficiente, como opuesto a tener la mayor parte de la luz absorbida antes de la unión, y luego hacer que el portador se difunda a lo largo de la capa absorbente, potencialmente recombinándose durante ese proceso.

La física de las células solares por Jenny Nelson pg 167-168 responde a esto.

Creo que lo que está diciendo es que si un fotón se absorbe cerca del borde de la capa pn, entonces existe una alta probabilidad de que las deformaciones de la interfaz entre el semiconductor y las capas circundantes promuevan la recombinación de carga. Entonces, desea que el par eh se haga en el medio de la unión pn para que estén lejos el uno del otro cuando lleguen a la interfaz deformada. Entonces, una capa n de ventana significará que solo puede ser absorbida en la capa p, lejos de los bordes.