Jeong, Young Jin;Jang, Jihoon;Song, Jung Hoon;Choi, Hyekyoung;Jeong, Sohee;Baik, Seung Jae
Journal of the Optical Society of Korea
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제19권3호
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pp.272-276
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2015
The PbS quantum dot is an emerging photovoltaic material, which may provide high efficiency breakthroughs. The most crucial element for the high efficiency solar cells's development is to understand charge transport characteristics of PbS quantum dot solids, which are also important in planning strategic research. We have investigated charge transport characteristics of PbS quantum dot solids thin films using space charge limited conduction analysis and assessed thickness dependent photovoltaic performances. The extracted carrier drift mobility was $low-10^{-2}cm^2/Vs$ with the estimated diffusion length about 50 nm. These and recently reported values were compared with those from a commercial photovoltaic material, and we present an essential element in further development of PbS quantum dot solids materials.
We present a new synthetic route and characterization for ultra small sized PbS quantum dots in extreme quantum confinement with 1.5 to 2.9 nm in diameter. We obtained a series of nanocrystals with first absorption wavelength ranging from 580 to 820 nm (2.1-1.5 eV). To get this result, PbS quantum dots size is finely controlled by adjusting the growth temperature in the range of $70-95^{\circ}C$. We demonstrate that photoluminescence (PL) shows a red shift with respect to the first absorption peak that increases with decreasing PbS quantum dots size and ranges from about 500 to 125 meV as the mean PbS quantum dots diameter increases from 1.5 to 2.9 nm. We further created the assembled PbS quantum dot solids and investigated the transport properties for energy applications.
Recently, in order to improve the performance of the colloidal quantum dot solar cells (CQDSCs), various efforts such as the modification of the cell architecture and surface treatment for quantum dot (QD) passivation have been made. Especially, the incorporation of halides into the QD matrix was reported to improve the performances significantly via passivating QD trap states that lower the life-time of the minority-carrier. In this work, we fabricated a lead sulfide (PbS) QD bilayer treated with different ligands and utilized it as a photoactive layer of the CQDSCs. The bottom and top PbS layer was treated using metal iodide ($MI_x$ and butanedithiol (BuDT), respectively. All the depositions and ligand treatments were carried out in air using layer-by-layer spin-coating process. The fabrication of the active layers as well as the n-type zinc oxide (ZnO) layer was successfully carried out on the bendable indium-tin-oxide (ITO)-coated polyethylene terephthalate (PET) substrate, which implies that this technique can be applied to the fabrication of flexible and/or wearable solar cells. The power conversion efficiency (PCE) of the CQDSCs with the architecture of $PET/ITO/ZnO/PbS-MI_x/PbS-BuDT/MoO_x/Ag$ reached 4.2 %, which is significantly larger than that of the cells with single QD (PbS-BuDT) layer.
Size-controlled lead sulfide (PbS) quantum dots were synthesized by the typical hot injection method using oleic acid (OA) as the stabilizing agent. Subsequently, the ligand exchange reaction between OA and thioacetic acid (TAA) was employed to obtain TAA-capped PbS quantum dots (PbS-TAA QDs). The condensation reaction of the TAA ligands on the surfaces of the QDs enhanced the conductivity of the PbS-TAA QDs thin films by about 2-4 orders of magnitude, as compared with that of the PbS-OA QDs thin films. The electron transport mechanism of the PbS-TAA QDs thin films was investigated by current-voltage (I-V) measurements at different temperatures in the range of 293 K-473 K. We found that the charge transport was due to sequential tunneling of charge carriers via the QDs, resulting in the thermally activated hopping process of Arrhenius behavior.
황화납(PbS)을 감응물질로 하는 양자점 감응형 태양전지를 제작하고 효율을 측정해 보았다. 기판에 산화아연(ZnO) 나노선을 기른 후 SILAR(Successive ionic layer adsorption and reaction)법으로 PbS 양자점을 합성하고 이를 주사전자현미경(SEM), X-선 회절(XRD)을 통해 확인하였다. SILAR를 통해서 형성된 나노이종구조는 PbS 나노입자들이 ZnO 나노선 위에 균일하게 성장한 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 PbS을 이용한 양자점 감응형 태양전지의 최고 효율은 one sun에서 0.075%로 나타났으며, 이는 기존의 다른 감응 물질에 비해 비교적 낮은 효율을 나타내었다. 이러한 요인으로는 i) ZnO와 PbS의 밴드갭 배열이 Type-I 형을 이룰 수 있는 가능성, ii) 다양한 크기의 밴드갭을 가지는 PbS에 의한 전자이동 방해 효과, iii) 전해질에 의한 PbS의 안정성 저하 등의 이유를 생각해 볼 수 있으며, 이를 해결하기 위해서는 PbS의 크기분포 조절과 새로운 전해질에 대한 연구가 향후 필요할 것으로 생각된다.
So many groups have been researching the green quantum dots such as InP, InP/ZnS for overcoming the semiconductor nanoparticles composed with heavy metals like as Cd and Pb so on. In spite of much effort to keep up CdSe quantum dots, it does not reach the good properties compared with CdSe/ZnS quantum dots. This quantum dot has improved its properties through the generation of core/shell CdSe/ZnS structure or core/multi-shell structures like as CdSe/CdS/ZnS and CdSe/CdS/ CdZnS/ZnS. In this research, we try to synthesize the InP multi-shell structure by the successiveion layer absorption reaction (SILAR) in the one pot. The synthesized multi-shell structure has improved quantum yield and photo-stability. To generate white light, highly luminescent InP multi-shell quantum dots were mixed with yellow phosphor and integrated on the blue LED chip. This InP multi-shell improved red region of the LEDs and generated high CRI.
Quantum-dot sensitized solar cells (QDSCs) are an emerging class of solar cells owing to their easy fabrication, low cost and material diversity. Despite of the fact that the maximum conversion efficiency of QDSCs is still far less than that of Dye-Sensitized Solar Cells (>12 %), their unique characteristics like Multiple Exciton Generation (MEG), energy band tune-ability and tendency to incorporate multiple co-sensitizers concurrently has made QDs a suitable alternative to expensive dyes for solar cell application. Lead Sulfide (PbS) Quantum dot sensitized solar cells are theoretically proficient enough to have a photo-current density ($J_{sc}$) of $36mA/cm^2$, but practically there are very few reports on photocurrent enhancement in PbS QDSCs. Recently, $Hg^{2+}$ incorporated PbS quantumdots and Cadmium Sulfide (CdS) co-sensitized PbS solarcells are reported to show an improvement in photo-current density ($J_{sc}$). In this study, we explored the efficacy of $In_2S_3$ as an interfacial layer deposited through SILAR process for PbS QDSCs. $In_2S_3$ was chosen as the interfacial layer in order to avoid the usage of hazardous CdS or Mercury (Hg). Herein, the deposition of $In_2S_3$ interfacial layer on $TiO_2$ prior to PbS QDs exhibited a direct enhancement in the photo-current (Isc). Improved photo-absorption as well as interfacial recombination barrier caused by $In_2S_3$ deposition increased the photo-current density ($J_{sc}$) from $13mA/cm^2$ to $15.5mA/cm^2$ for single cycle of $In_2S_3$ deposition. Increase in the number of cycles of $In_2S_3$ deposition was found to deteriorate the photocurrent, however it increased $V_{oc}$ of the device which reached to an optimum value of 2.25% Photo-conversion Efficiency (PCE) for 2 cycles of $In_2S_3$ deposition. Effect of Heat Treatment, Normalized Current Stability, Open Circuit Voltage Decay and Dark IV Characteristics were further measured to reveal the characteristics of device.
An atomization doping process is proposed to manufacture nonlinear optical fiber containing higher concentration of PbTe nano-particles in the core of the fiber than that by the conventional solution doping process. The absorption peaks appeared near 725nm, 880nm, and 1050nm are attributed to the PbTe quantum dots in the fiber core.
Lead sulfide (PbS) Colloidal quantum dots (CQDs) are promising material for the photovoltaic device due to its various outstanding properties such as tunable band-gap, solution processability, and infrared absorption. More importantly, PbS CQDs have large exciton Bohr radius of 20 nm due to the uniquely large dielectric constants that result in the strong quantum confinement. To exploit desirable properties in photovoltaic device, it is essential to fabricate a device exhibiting stable performance. Unfortunately, the performance of PbS NQDs based Schottky solar cell is considerably degraded according to the exposure in the air. The air-exposed degradation originates on the oxidation of interface between PbS NQDS layer and metal electrode. Therefore, it is necessary to enhance the stability of Schottky junction device by inserting a passivation layer. We investigate the effect of insertion of passivation layer on the performance of Schottky junction solar cells using PbS NQDs with band-gap of 1.3 eV. Schottky solar cell is the simple photovoltaic device with junction between semiconducting layer and metal electrode which a significant built-in-potential is established due to the workfunction difference between two materials. Although the device without passivation layer significantly degraded in several hours, considerable enhancement of stability can be obtained by inserting the very thin LiF layer (<1 nm) as a passivation layer. In this study, LiF layer is inserted between PbS NQDs layer and metal as an interface passivation layer. From the results, we can conclude that employment of very thin LiF layer is effective to enhance the stability of Schottky junction solar cells. We believe that this passivation layer is applicable not only to the PbS NQDs based solar cell, but also the various NQDs materials in order to enhance the stability of the device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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