mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-1-43-47mateltech-154Research ArticleМеждисциплинарный научно–практич. семинар «Математическое моделирование в материаловедении электронных наноструктур»INTERDISCIPLINARY SCIENTIFIC AND PRACTICAL SEMINAR «MATHEMATICAL MODELING IN MATERIALS ELECTRONIC NANOSTRUCTURES»ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ МЕТОДОМ МНОГОУРОВНЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯStudy of Optimization Options for Second Generation Solar Cell Materials by Multilevel ModelingКрасиковД. Н.KrasikovD. N.

кандидат физ.−мат. наук, научный сотрудник

Cand. Sci. (Phys.−Math.), Researcher

krasikov@kintechlab.comКнижникА. В.KnizhnikA. A.

кандидат физ.− мат. наук, руководитель проектов

Cand. Sci. (Phys.−Math.), Project Manager

knizhnik@kintechlab.comГавриковА. В.GavrikovA. V.ПотапкинБ. В.PotapkinB. V.

кандидат физ.−мат. наук, генеральный директор

Cand. Sci. (Phys.−Math.), General director

potapkin@kintechlab.comООО «Кинтех Лаб», пл. акад. Курчатова, д. 1, Москва, 123182, РоссияРоссияKintech Lab Ltd., 1 Academician Kurchatov Sq., Moscow 123182, RussiaRussian FederationООО «Кинтех Лаб», пл. акад. Курчатова, д. 1, Москва, 123182, Россия НИЦ «Курчатовский институт», пл. акад. Курчатова, д. 1, Москва, 123182, РоссияРоссияKintech Lab Ltd., 1 Academician Kurchatov Sq., Moscow 123182, Russia National Research Centre (NRC «Kurchatov Institute»), 1 Academician Kurchatov Sq., Moscow 123182, RussiaRussian Federation2015270620151814347Copyright © Красиков Д.Н., Книжник А.В., Гавриков А.В., Потапкин Б.В., 20152015Красиков Д.Н., Книжник А.В., Гавриков А.В., Потапкин Б.В.Krasikov D.N., Knizhnik A.A., Gavrikov A.V., Potapkin B.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/154

Теоретическое исследование путей оптимизации свойств слоя поглотителя CdTe является важной задачей на пути повышения эффективности тонкопленочных солнечных элементов на основе гетероперехода CdTe/CdS. Свойства получаемых материалов, такие как плотность свободных носителей заряда, часто сильно зависят от параметров процессов осаждения слоев и их последующей обработки, в существенной степени определяющих дефектный состав получаемых материалов. 

Для описания зависимости скорости процесса осаждения CdTe от температуры и потоков Cd и Te разработана модель на основе решеточного кинетического метода Монте–Карло. 

Для определения влияния условий обработки CdTe на проводимость разработана квазихимическая модель, основанная на уравнении электронейтральности для концентраций точечных дефектов, описываемых константами реакций образования дефектов. 

При разработке моделей использованы значения параметров дефектов и реакций, полученных из первопринципных расчетов с помощью теории функционала плотности. Разработанная модель осаждения корректно описывает переход от испарения к осаждению, а также повышение скорости испарения при избытке Cd. Для объяснения наблюдаемых электрических свойств CdTe после обработки Cl квазихимическая модель дефектов дополнена глубоким акцепторным комплексным дефектом, что позволило описать как высокотемпературную зависимость проводимости от давления кадмия, так и зависимость сопротивления от концентрации хлора при комнатной температуре. 

Theoretical analysis of optimization options for the properties of CdTe absorber layer is an important task for increasing the efficiency of CdTe/CdS heterojunction based thin−film solar cells. Properties of the materials (e.g. the density of free carriers) often depend essentially on the parameters of the deposition process and subsequent treatment which determine the defect composition of the material. In this work a model based on the lattice kinetic Monte−Carlo method is developed to describe the process of CdTe deposition as a function of temperature and Cd and Te fluxes. To determine the effect of the treatment conditions on CdTe conductivity, we developed a quasichemical model based on the electrical neutrality equation for point defects concentrations that are described by defects formation reaction constants. Parameter obtained from the first−principles density functional calculations were used when developing the models. The developed deposition model correctly describes the transition from evaporation to precipitation as well as the increased evaporation rates in excess of Cd. To explain the observed electrical properties of CdTe after Cl−treatment, we complemented the quasichemical defect model by a deep acceptor complex defect that allowed us to describe both the high−temperature dependence of conductivity on the Cd pressure and the dependence of resistivity on Cl concentration at room temperature. 

многоуровневое моделированиекинетический метод Монте–Карлопервопринципные расчетыквазихимическая модель дефектовII–VI полупроводникидефекты в кристаллахсолнечные элементы.multi−scale modelingkinetic Monte Carlofirst principles calculationsquasichemical model for point defectsII−VI semiconductorsdefects in crystalssolar cells.ReferencesGreen, M. A. Solar cell efficiency tables (version 42) / M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop // ProgressinPhotovoltaicsResearchandApplications.−2013.−V. 21. − P. 827—837.Green, M. A. Solar cell efficiency tables (version 42) / M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop // ProgressinPhotovoltaicsResearchandApplications.−2013.−V. 21. − P. 827—837.Perdew,J.P.Generalizedgradientapproximationmadesimple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Lett. − 1996. − V. 77, N 18. − P. 3865—3868.Perdew,J.P.Generalizedgradientapproximationmadesimple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Lett. − 1996. − V. 77, N 18. − P. 3865—3868.Kohn,W.Self−consistentequationsincludingexchangeand correlation effects / W. Kohn, L. J. Sham // Phys. Rev. A. − 1965. − V. 140, N 4. − P. 1133—1138.Kohn,W.Self−consistentequationsincludingexchangeand correlation effects / W. Kohn, L. J. Sham // Phys. Rev. A. − 1965. − V. 140, N 4. − P. 1133—1138.Blöchl, P. E. Projector augmented−wave method / P. E. Blöchl // Phys. Rev. B. − 1994. − V. 50, N 4. − P. 17953—17979.Blöchl, P. E. Projector augmented−wave method / P. E. Blöchl // Phys. Rev. B. − 1994. − V. 50, N 4. − P. 17953—17979.Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total− energy calculations using a plane−wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Phys. Rev. B. − 1996. − V. 54. − P. 11169—11186.Kresse, G. Efficient iterative schemes for ab initio total− energy calculations using a plane−wave basis set / G. Kresse, J. Furthmuller // Phys. Rev. B. − 1996. − V. 54. − P. 11169—11186.Brebrick, R. High temperature thermodynamic data for CdTe(c) / R. Brebrick // J. Phase Equilibria and Diffusion. − 2010. − V. 31, N 3. − P. 260—269.Brebrick, R. High temperature thermodynamic data for CdTe(c) / R. Brebrick // J. Phase Equilibria and Diffusion. − 2010. − V. 31, N 3. − P. 260—269.Krukau,A.V.Influenceoftheexchangescreeningparameter on the performance of screened hybrid functionals / A. V. Krukau, O. A. Vydrov, A. F. Izmaylov, G. E. Scuseria // J. Chemi. Phys. − 2006. − V. 125. − P. 224106.Krukau,A.V.Influenceoftheexchangescreeningparameter on the performance of screened hybrid functionals / A. V. Krukau, O. A. Vydrov, A. F. Izmaylov, G. E. Scuseria // J. Chemi. Phys. − 2006. − V. 125. − P. 224106.Grill, R. Point defects and diffusion in cadmium telluride / R. Grill, A. Zappettini // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. − 2004. − V. 48/49. − P. 209—244.Grill, R. Point defects and diffusion in cadmium telluride / R. Grill, A. Zappettini // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. − 2004. − V. 48/49. − P. 209—244.Krasikov, D. Why shallow defect levels alone do not cause high resistivity in CdTe / D. Krasikov, A. Knizhnik, B. Potapkin, T. Sommerer // Semiconductor Science and Technology. − 2013. − V. 28. − P. 125019.Krasikov, D. Why shallow defect levels alone do not cause high resistivity in CdTe / D. Krasikov, A. Knizhnik, B. Potapkin, T. Sommerer // Semiconductor Science and Technology. − 2013. − V. 28. − P. 125019.Franc, J. Galvanomagnetic properties of CdTe below and above the melting point / J. Franc, P. Höschl, R. Grill, L. Turjanska, E. Belas, P. Moravec // J. Electronic Materials. − 2001. − V. 30, N 6. − P. 595—602.Franc, J. Galvanomagnetic properties of CdTe below and above the melting point / J. Franc, P. Höschl, R. Grill, L. Turjanska, E. Belas, P. Moravec // J. Electronic Materials. − 2001. − V. 30, N 6. − P. 595—602.Grill, R. Chemical diffusion in CdTe : Cl / R. Grill, B. Nahlovskyy, E. Belas, M. Bugar, P. Moravec, P. Höschl // Semiconductor Science and Technology. − 2010. − V. 25. − P. 045019.Grill, R. Chemical diffusion in CdTe : Cl / R. Grill, B. Nahlovskyy, E. Belas, M. Bugar, P. Moravec, P. Höschl // Semiconductor Science and Technology. − 2010. − V. 25. − P. 045019.Popovych,V.D.Theeffectofchlorinedopingconcentration on the quality of CdTe single crystals grown by the modified physical vapor transport method / V. D. Popovych, I. S. Virt, F. F. Sizov, V. V. Tetyorkin,Z.F.Tsybrii(Ivasiv),L.O.Darchuk,O.A.Parfenjuk, M. I. Ilashchuk // J. Cryst. Growth. − 2007. − V. 308. − P. 63—70.Popovych,V.D.Theeffectofchlorinedopingconcentration on the quality of CdTe single crystals grown by the modified physical vapor transport method / V. D. Popovych, I. S. Virt, F. F. Sizov, V. V. Tetyorkin,Z.F.Tsybrii(Ivasiv),L.O.Darchuk,O.A.Parfenjuk, M. I. Ilashchuk // J. Cryst. Growth. − 2007. − V. 308. − P. 63—70.Shin, H.−Y. Temperature−gradient−solution grown CdTe crystals for γ−ray detectors / H.−Y. Shin, C.−Y. Sun // J. Cryst. Growth. − 1998. − V. 186. − P. 67—78.Shin, H.−Y. Temperature−gradient−solution grown CdTe crystals for γ−ray detectors / H.−Y. Shin, C.−Y. Sun // J. Cryst. Growth. − 1998. − V. 186. − P. 67—78.

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