Studi ini menyajikan pemodelan mendetail dan simulasi numerik dari sel surya Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) dengan menggunakan perangkat lunak SCAPD-1D. Penelitian ini berfokus pada eksplorasi efek variasi pita energi pada lapisan penyerap dan jumlah konsentrasi atom donor yang mempengaruhi sifat material. Selain itu, studi ini juga mengkaji pengaruh densitas keadaan high defect state density terhadap kinerja keseluruhan perangkat.
Untuk meningkatkan VOC dan mencapai keselarasan pita yang optimal antara lapisan buffer dan penyerap, diperlukan pita energi yang cukup besar pada lapisan buffer. Studi ini menunjukkan bahwa peningkatan pita energi pada lapisan penyerap dari 0,9 hingga 1,5 eV dapat meningkatkan efisiensi konversi daya hingga mencapai Tingkat tertentu, Namun, setelah mencapai pada titik tertentu, efisiensi konversi daya mulai menurun terlepas dari seberapa besar pita energi meningkat. Hal ini mungkin terkait dengan pengaruh variasi pita energi dan afinitas elektron terhadap sel, yang kemudian menyebabkan fluktuasi dalam kinerja sel.
Parameter lain yang dipertimbangkan adalah konsentrasi pembawa. Konsentrasi rendah dapat mengurangi pengumpulan pembawa di kontak depan, sehingga menurunkan JSC. Namun, lapisan buffer dengan lebih banyak pembawa di daerah CBO yang sama dapat mempertahankan nilai JSC yang tinggi. Dalam sel surya yang efektif, meningkatkan JSC memerlukan peningkatan konsentrasi pembawa di antarmuka buffer/penyerap dan pita energi.
Keberadaan keadaan cacat, baik yang terjadi di antarmuka antara CdS dan CIGS atau di dalam lapisan penyerap, secara konsisten mempengaruhi efisiensi keseluruhan sel surya. Cacat dapat menyebabkan jalur muatan terjebak atau rekombinasi, yang akan menyebabkan kehilangan dan kegagalan dalam kontribusi terhadap transportasi arus menuju beban eksternal. Dalam penelitian ini, nilai cacat yang signifikan digunakan untuk menekankan pentingnya pita energi maupun konsentrasi pembawa dengan menjelaskan penurunan nilai kinerja sel surya di bawah kondisi sinkron.
Efisiensi kuantum (QE%) yang merujuk pada hubungan antara jumlah pembawa muatan yang datang dan jumlah arus yang mengalir ke sirkuit eksternal, juga telah diperoleh. Ketika tujuan adalah untuk menetapkan standar efisiensi maksimum, sangat penting untuk memaksimalkan QE% dari sel surya CIGS sebanyak mungkin. QE% telah dievaluasi pada tingkat doping ND=1013 dan ND=1019 cm-3 untuk menyelidiki nilai tertingginya. Hasilnya menunjukkan bahwa QE% tertinggi pada ND=1013 adalah milik CBO=0, sedangkan pada kasus ND=1019, QE% tertinggi terjadi ketika CBO > 0, antara (0,3 hingga 0,5). Hal ini didukung oleh peningkatan konsentrasi pembawa, densitas arus pembawa minoritas yang dihasilkan foto, dan lebar lapisan deplesi.
Secara keseluruhan, dapat disimpulkan bahwa karakteristik spesifik sangat penting untuk mengoptimalkan sel surya CIGS. Hasil penelitian mengungkapkan bahwa peningkatan baik pita energi maupun konsentrasi donor (ND) secara signifikan meningkatkan efisiensi perangkat, dan memungkinkan desain sel surya ultrathin yang menunjukkan efisiensi konversi daya sebesar 17,88%. Peningkatan ini mungkin disebabkan oleh pemisahan level energi quasi-Fermi yang lebih tinggi dan offset pita yang sesuai antara lapisan cacat dan lapisan buffer, yang pada akhirnya mengakibatkan peningkatan VOC, FF, dan efisiensi konversi keseluruhan. Penelitian ini menekankan peran krusial dari sifat optik dan elektrik dalam pertumbuhan dan optimisasi kinerja sel surya CIGS.
DOI: https://doi.org/10.1557/s43580-024-00912-2
Penulis: Tofan Agung Eka Prasetya, S.Kep., M.KKK., Ph.D.
Baca juga: Teknologi Membran Keramik untuk Pengolahan Air Limbah
