The interest in perovskite solar cells has been skyrocketed owing to their rapid progress in efficiency in recent years. Here, we report the effect of non-stoichiometry in the methylammonium lead trihalide ($MAPbI_3$) precursors used in a solution process with different MAI : $PbI_2$ ratios of 1 : 0.96, 1 : 1.10, 1 : 1.15, and 1:1.20. With an increase in the $PbI_2$ content, the $PbI_2$ secondary phase was found to form at grain boundary region of perovskite thin films, as evidenced by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). In terms of device performance, open-circuit voltage in particular is significantly improved with increasing the molar ratio of $PbI_2$, which is possibly ascribed to the reduction in recombination sites at grain boundary of perovskite and hence the prolonged life time of light-generated carriers according to the reported. As a result, the $PbI_2-excess$ devices exhibited a higher power conversion efficiency compared to the MAI-excess ones.
Parida, Bhaskar;Choi, Jaeho;Palei, Srikanta;Kim, Keunjoo;Kwak, Seung Jong
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.16
no.4
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pp.212-220
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2015
We investigated nanotextured Si solar cells using the silver-assisted chemical etching process. The nanotexturing process is very sensitive to the concentration of chemical etching solution. The high concentration process results in a nanowire formation for the nanosurfaces and causes severe surface damage to the top region of the micropyramids. These nanowires show excellent light absorption in photoreflectance spectra and radiative light emission in photoluminescence spectra. However, the low concentration process forms a nano-roughened surface and provides high minority carrier lifetimes. The nano-roughened surfaces of the samples show the improved electrical cell properties of quantum efficiency, conversion efficiency, and cell fill factor due to the reduction in the formation of the over-doped dead layer.
Phenyltrimethoxysilane (PTMS) was anchored onto the sensitized $TiO_2$ nanoparticles. This insulating molecular layer effectively inhibited the charge recombination at the interface of $TiO_2$/electrolyte in the dye-sensitized solar cells (DSCs) without sacrificing the dye-loading capacity of the nanocrystalline $TiO_2$. DSCs using PTMS-modified $TiO_2$ exhibited a short-circuit current ($J_{SC}$) of $15.9mA/cm^2$, an open-circuit voltage ($V_{OC}$) of 789 mV, and a fill factor (FF) of 68.2%, yielding an overall conversion efficiency (${\eta}$) of 8.55% under $100mW/cm^2$ illumination. The resulting cell efficiency was improved by ~10% as compared with the reference cell.
In this letter, we have introduced copper chloride ($CuCl_2$) as an additive in the $CH_3NH_3PbI_3$ precursor solution to improve the surface morphology and crystallinity of $CH_3NH_3PbI_3$ films in a single solvent system. Our optimized perovskite solar cells (PSCs) with 2.5 mol% $CuCl_2$ additive showed best power conversion efficiency (PCE) of 15.22%. The PCE of the PSCs fabricated by $CuCl_2$ (2.5 mol%) additive engineering was 56% higher than the PSC fabricated with pristine $CH_3NH_3PbI_3$.
With rapid growth in light-harvesting efficiency from 3.8 to 25.8%, organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have attracted great attention as promising photovoltaic devices. However, despite of their outstanding performance, the commercialization of PSCs has been suffered from severe stability issues, especially for UV and humidity: (i) UV irradiation towards PSCs is able to lead UV-induced decomposition of perovskite films or catalytic reactions of charge-transporting layers, and (ii) exposure to surrounding humidity causes irreversible hydration of perovskite layers by the penetration of water molecules, resulting considerable decrease in their power-conversion efficiency (PCE). This review investigates current status of strategies to enhance UV and humidity stability of PSCs in terms of UV-management and moisture protection, respectively. Furthermore, the multifunctional approach to increase long-term stability as well as performance is discussed as advanced research directions for the commercialization of PSCs.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.6
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pp.582-589
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2024
We investigated the potential of IO:H thin films and hydrogen doping to improve current density and fill factor for enhancing the performance of silicon heterojunction solar cells. We revealed that a transmittance of 86.7% and work function of 5.4 eV could be achieved by injecting 3 sccm of hydrogen gas. The lattice constant of 1.037 nm at the AB site indicates an anion antibonding tendency, and the work function increases as the Fermi level shifts to the valence band. Based on these findings, we fabricated a silicon heterojunction solar cell and achieved an efficiency of 18.53%, while computer simulation confirmed a conversion efficiency of 24.65%, an open-circuit voltage of 724 mV, and a fill factor of 82.72% at a current density of 41.15 mA/cm2.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2015.08a
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pp.61.2-61.2
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2015
In the past decades, green energy, such as solar energy, wind power, hydropower, biomass energy, geothermal energy, and so on, has been widely investigated and developed to solve energy shortage. Recently, organic solar cells have attracted much attention, because they have many advantages, including low-cost, flexibility, light weight, and easy fabrication [1-3]. Organic solar cells are as a potential candidate of the next generation solar cells. In this abstract, to improve the power conversion efficiency and the stability, the inverted polymer solar cells with various structures were developed [4-6]. The novel cell structures included the P3HT:PCBM inverted polymer solar cells with AZO nanorods array, with pentacene-doped active layer, and with extra P3HT interfacial layer and PCBM interfacial layer. These three difference structures could respectively improve the performance of the P3HT:PCBM inverted polymer solar cells. For the inverted polymer solar cells with AZO nanorods array as the electronic transportation layer, by using the nanorod structure, the improvement of carrier collection and carrier extraction capabilities could be expected due to an increase in contact area between the nanorod array and the active layer. For the inverted polymer solar cells with pentacene-doped active layer, the hole-electron mobility in the active layer could be balanced by doping pentacene contents. The active layer with the balanced hole-electron mobility could reduce the carrier recombination in the active layers to enhance the photocurrent of the resulting inverted polymer solar cells. For the inverted polymer solar cells with extra P3HT and PCBM interfacial layers, the extra PCBM and P3HT interfacial layers could respectively improve the electron transport and hole transport. The extra PCBM interfacial layer served another function was that led more P3HT moving to the top side of the absorption layer, which reduced the non-continuous pathways of P3HT. It indicated that the recombination centers could be further reduced in the absorption layer. The extra P3HT interfacial layer could let the hole be more easily transported to the MoO3 hole transport layer. The high performance of the novel P3HT:PCBM inverted polymer solar cells with various structures were obtained.
Kim, Jae-Hyun;Baek, Seung-Ho;Kim, Kang-Pil;Woo, Sung-Ho;Lyu, Hong-Kun
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.06a
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pp.440-440
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2009
Semiconductor nanowires offer exciting possibilities as components of solar cells and have already found applications as active elements in organic, dye-sensitized, quantum-dot sensitized, liquid-junction, and inorganic solid-state devices. Among many semiconductors, silicon is by far the dominant material used for worldwide photovoltaic energy conversion and solar cell manufacture. For silicon wire to be used for solar device, well aligned wire arrays need to be fabricated vertically or horizontally. Macroscopic silicon wire arrays suitable for photovoltaic applications have been commonly grown by the vapor-liquid-solid (VLS) process using metal catalysts such as Au, Ni, Pt, Cu. In the case, the impurity issues inside wire originated from metal catalyst are inevitable, leading to lowering the efficiency of solar cell. To escape from the problem, the wires of purity of wafer are the best for high efficiency of photovoltaic device. The fabrication of wire arrays by the electrochemical etching of silicon wafer with photolithography can solve the contamination of metal catalyst. In this presentation, we introduce silicon wire arrays by electrochemical etching method and then fabrication methods of radial p-n junction wire array solar cell and the various merits compared with conventional silicon solar cells.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.6
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pp.1169-1174
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2011
CdTe thin-film solar cell technology is well known that it can theoretically improve its conversion efficiency and manufacturing costs compared to the conventional silicon solar cell technology, due to its optical band gap energy (about 1.45eV) for solar energy absorption, high light absorption capability and low cost requirements for producing solar cells. Although the prior studies obtained the high light absorption, CdTe thin film solar cell has not been come up to the sufficient efficiency yet. So, doping method was selected for the improvement of the electrical characteristics in CdTe solar cells. Some elements including Cu, Ag, Cd and Te were generally used for the p-dopant as substitutional acceptors in CdTe thin film. In this study, the sputtering-deposited CdTe thin film was immersed in $AgNO_3$ solution for ion exchange method to dope Ag ions. The effects of immersion temperature and Ag-concentration were investigated on the optical properties and electrical characteristics of CdTe thin film by using Auger electron spectroscopy depth-profile, UV-visible spectrophotometer, and a Hall effect measurement system. The best optical and electrical characteristics were sucessfully obtained by Ag doping at high temperature and concentration. The larger and more uniform diffusion of Ag ions made increase of the Ag ion density in CdTe thin film to decrease the series resistance as well as mede the faster diffusion of light by the metal ions to enhance the light absorption.
In this study, we propose a design method to optimize the electro-optical efficiency of a planar solar cell structure by adjusting one-dimensionally periodic emitter electrodes. Since the aperture ratio of the active layer decreases as the period of the emitter electrode decreases, the amount of light absorption diminishes, affecting the performance of the device. Here we design the optimal structure of the periodic emitter electrode in a simple planar solar cell, by simulation. In terms of optics, we find the condition that shows optical performance similar to that of a reference without the emitter electrode. In addition, the optimized electrode structure is extracted considering both the optical and electrical efficiency. This work will help to increase the utilization of solar cells by suggesting a structure that can most efficiently transfer charge generated by photoelectric conversion to the electrodes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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