CIGS-25 – Highly efficient CIGS solar cells – On the road towards 25% efficiency

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/501145

Key words (English)

Thin film solar cells; Cu(In,Ga)Se2; surface passivation; atomic layer deposition; non-radiative recombination

Short description (German)

Ziel des Projektes ist es grundlegendes Verständnis über die physikalischen Vorgänge, welche die Effizienz von hocheffizienten Cu(In,Ga)Se2 Solarzellen limitieren, zu gewinnen. Durch die Entwick-lung von neuartigen Prozessen, die zu einer reduzierten (nicht-strahlenden) Rekombination im Absorber und seinen Grenzflächen führen, wird der Wirkungsgrad näher an 25% gebracht. Diese Prozesse sollen übertragbar zu industriellen Produktionsprozessen sein.

Short description (English)

The aim of this project is to develop fundamental understanding of the performance limiting mech-anisms in high efficiency Cu(In,Ga)Se2 solar cells and to reach closer to 25% power conversion ef-ficiency by developing novel deposition processes to reduce non-radiative recombination in the absorber layer and its interfaces. The developed processes should be robust to yield higher aver-age efficiency and be transferable to an industrial production line.

Final report (German)

Das Ziel des Projektes war es noch existierende Verluste in Cu(In,Ga)Se2 basierten Dünnschichtsolarzellen aufzudecken und Strategien zu entwickeln, wie der Wirkungsgrad solcher Solarzellen auf 25% erhöht werden kann. Hierbei wurden neu Wege erforscht, Verluste an Grenzflächen mittels Feld Effekt und/oder chemischer Passivierung zu minimieren. Des Weiteren wurde die Zusammensetzung und Herstellungsverfahren des Verbindungshalbleiters Cu(In,Ga)Se2 hinterfragt. Im Rahmen des Projektes wurden Konzepte zur Erhöhung des Photostroms ausgearbeitet und umgesetzt. Die hierbei gefundenen Prozesse zeigen eine noch höhere Reproduzierbarkeit bei gleichzeitig höherem Durchschnittswirkungsgrad.

Final report (English)

The project aimed for development of novel strategies to reduce non radiative recombination mechanism in order to improve the photovoltaic parameters in Cu(In,Ga)Se2 solar cells towards 25% power conversion efficiency. To do so, novel passivation strategies for bulk and especially interfaces have been explored. Point contacting schemes were explored and metal oxides deposited from atomic layer deposition were investigated as passivating materials. The composition and deposition conditions for the Cu(In,Ga)Se2 absorber have been revisited and optimized to yield a higher photocurrent by improving the absorption. The developed processes are more robust and yield solar cells with higher average efficiency.

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• Highly efficient CIGS solar cells - On the road towards 25% efficiency [PDF] 2'210 kB

Final report (French)

Le projet vise au développement de nouvelles stratégies de réduction des recombinaisons nonradiatives dans les cellules solaires Cu(In,Ga)Se2, afin d’en améliorer les paramètres photovoltaïques en vue d’atteindre 25% d’efficacité énergétique. Pour ce faire de nouvelles stratégies ont été explorées afin de passiver le matériau et en particulier les interfaces. Des procédés de points de contacts ont été explorés, et des oxydes métalliques déposés par dépôt de couches atomiques ont été étudiés en tant que matériaux de passivation. La composition et les conditions de déposition des absorbeurs Cu(In,Ga)Se2 ont été revues et optimisées, résultant en un gain de photocourant dû à une meilleure absorption. Les procédés développés s’avèrent plus robustes et permettent d’améliorer l’efficacité énergétique moyenne.