Yeo, Soo Jung;Gang, Myeng Gil;Moon, Jong-Ha;Kim, Jin Hyeok
Current Photovoltaic Research
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v.3
no.3
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pp.97-100
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2015
The kesterite $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) thin film solar cells were synthesized by selenization of sputtered Cu/Sn/Zn metallic precursors on Mo coated soda lime glass substrate in Ar atmosphere. Cu/Sn/Zn metallic precursors were deposited by DC magnetron sputtering process with 30 W power at room temperature. As-deposited metallic precursors were placed in a graphite box with Se pellets and selenized using rapid thermal processing furnace at various temperature ($480^{\circ}C{\sim}560^{\circ}C$) without using a toxic $H_2Se$ gas. Effects of Selenization temperature on the morphological, crystallinity, electrical properties and cell efficiency were investigated by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD), J-V measurement system and solar simulator. Further details about effects of selenization temperature on CZTSe thin films will be discussed.
Ji, Hyung Yong;Parida, Bhaskar;Park, Seungil;Kim, MyeongJun;Peck, Jong Hyeon;Kim, Keunjoo
Current Photovoltaic Research
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v.1
no.1
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pp.63-68
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2013
We investigated the effects of Au eutectic reaction on Si thin film growth by hot wire chemical vapor deposition. Small SiC and Si nano-particles fabricated through a wet etching process were coated and biased at 50 V on micro-textured Si p-n junction solar cells. Au thin film of 10 nm and a Si thin film of 100 nm were then deposited by an electron beam evaporator and hot wire chemical vapor deposition, respectively. The Si and SiC nano-particles and the Au thin film were structurally embedded in Si thin films. However, the Au thin film grew and eventually protruded from the Si thin film in the form of Au silicide nano-balls. This is attributed to the low eutectic bonding temperature ($363^{\circ}C$) of Au with Si, and the process was performed with a substrate that was pre-heated at a temperature of $450^{\circ}C$ during HWCVD. The nano-balls and structures showed various formations depending on the deposited metals and Si surface. Furthermore, the samples of Au nano-balls showed low reflectance due to surface plasmon and quantum confinement effects in a spectra range of short wavelength spectra range.
In this paper, (Ga,Al):ZnO layers were deposited by sputtering to evaluate the device performance according to the thickness of the layer. As the thickness increased, low transmittance was observed, but the electrical resistance was improved. On the other hand, the highest efficiency was recorded at 400 nm device than a 500 nm of it. Therefore, since the critical thickness exists, it is necessary to set an adequate TCO layer thickness in consideration of the characteristics of the underlying film and the device.
Lee, Byeong Hoon;Yoo, Hyesun;Jang, Jun Sung;Lee, InJae;Kim, Jihun;Jo, Eunae;Kim, Jin Hyeok
Korean Journal of Materials Research
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v.29
no.9
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pp.553-558
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2019
$Cu_2ZnSn(S,Se)_4(CZTSSe)$ thin film solar cells areone of the most promising candidates for photovoltaic devices due to their earth-abundant composition, high absorption coefficient and appropriate band gap. The sputtering process is the main challenge to achieving high efficiency of CZTSSe solar cells for industrialization. In this study, we fabricated CZTSSe absorbers on Mo coated soda lime glass using different pressures during the annealing process. As an environmental strategy, the annealing process is performed with S and Se powder, without any toxic $H_2Se$ and/or $H_2S$ gases. Because CZTSSe thin films have a very narrow stable phase region, it is important to control the condition of the annealing process to achieve high efficiency of the solar cell. To identify the effect of process pressure during the sulfo-selenization, we experiment with varying initial pressure from 600 Torr to 800 Torr. We fabricate a CZTSSe thin film solar cell with 8.24 % efficiency, with 435 mV for open circuit voltage($V_{OC}$) and $36.98mA/cm^2$ for short circuit current density($J_{SC}$), under a highest process pressure of 800 Torr.
Beside several advantages, the PV power generation as a clean energy source, is still below the supply level due to high power generation cost. Therefore, the interest in fabricating low-cost thin film solar cells is increasing continuously. $Cu_2O$, a low cost photovoltaic material, has a wide direct band gap of ~2.1 eV has along with the high theoretical energy conversion efficiency of about 20%. On the other hand, it has other benefits such as earth-abundance, low cost, non-toxic, high carrier mobility ($100cm^2/Vs$). In spite of these various advantages, the efficiency of $Cu_2O$ based solar cells is still significantly lower than the theoretical limit as reported in several literatures. One of the reasons behind the low efficiency of $Cu_2O$ solar cells can be the formation of CuO layer due to atmospheric surface oxidation of $Cu_2O$ absorber layer. In this work, atomic layer deposition method was used to remove the CuO layer that formed on $Cu_2O$ surface. First, $Cu_2O$ absorber layer was deposited by electrodeposition. On top of it buffer (ZnO) and TCO (AZO) layers were deposited by atomic layer deposition and rf-magnetron sputtering respectively. We fabricated the cells with a change in the deposition temperature of buffer layer ranging between $80^{\circ}C$ to $140^{\circ}C$. Finally, we compared the performance of fabricated solar cells, and studied the influence of buffer layer deposition temperature on $Cu_2O$ based solar cells by J-V and XPS measurements.
Epitaxial growth of a high-quality thin Si film is essential for the application to low-cost thin-film Si solar cells. A polycrystalline Si film was grown on a $SiO_2$ substrate at $450^{\circ}C$ by a Al-assisted crystal growth process. For the purpose, a thin Al layer was deposited on the $SiO_2$ substrate for Al-assisted crystal growth. However, the epitaxial growth of Si film resulted in a rough surface with humps. Then, we introduced a thin amorphous Si seed layer on the Al film to minimize the initial roughness of Si film. With the help of the Si seed layer, the surface of the epitaxial Si film was smooth and the crystallinity of the Si film was much improved. The grain size of the $1.5-{\mu}m$-thick Si film was as large as 1 mm. The Al content in the Si film was 3.7% and the hole concentration was estimated to be $3{\times}10^{17}/cm^3$, which was one order of magnitude higher than desirable value for Si base layer. The results suggest that Al-doped Si layer could be use as a seed layer for additional epitaxial growth of intrinsic or boron-doped Si layer because the Al-doped Si layer has large grains.
Hwang, Yoonjung;Lim, Ye Seul;Lee, Byung-Seok;Park, Young-Il;Lee, Doh-Kwon
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.471.2-471.2
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2014
We demonstrate here that an improvement in precursor film density (green density) leads to a great enhancement in the photovoltaic performance of CuInSe2 (CISe) thin film solar cells fabricated with Cu-In nanoparticle precursor films via chemical solution deposition. A cold-isostatic pressing (CIP) technique was applied to uniformly compress the precursor film over the entire surface (measuring 3~4 cm2) and was found to increase its relative density (particle packing density) by ca. 20%, which resulted in an appreciable improvement in the microstructural features of the sintered CISe film in terms of lower porosity, reduced grain boundaries, and a more uniform surface morphology. The low-bandgap (Eg=1.0 eV) CISe PV devices with the CIP-treated film exhibited greatly enhanced open-circuit voltage (VOC, from 0.265 V to 0.413 V) and fill factor (FF, from 0.34 to 0.55), as compared to the control devices. As a consequence, an almost 3-fold increase in the average power conversion efficiency, 3.0 to 8.2% (with the highest value of 9.02%), was realized without an anti-reflection coating. A diode analysis revealed that the enhanced VOC and FF were essentially attributed to the reduced reverse saturation current density (j0) and diode ideality factor (n). This is associated with the suppressed recombination, likely due to the reduction in recombination sites such as grain/air surfaces (pores), inter-granular interfaces, and defective CISe/CdS junctions in the CIP-treated device. From the temperature dependences of VOC, it was confirmed that the CIP-treated devices suffer less from interface recombination.
Thin film solar cells based on CIGS continue to be a leading candidate for thin film photovoltaic devices due to their appropriate bandgap, long-term stability, and low-cost production. To date, the most successful technique for the deposition of a CIGS absorber layer has been based on the co-evaporation However, the evaporation process is difficult to scale-up for large-area manufacturing the sputtering and Selenizaton process has been a promising method for low-cost and large-scale production of high quality CIGS In this study, we have used Cu and CuIn alloy targets for precursor deposition the precursor deposited by sputtering Cu and CuIn targets and $CuInSe_2$ thin film is manufactured by Selenization process
Yang, So Hyun;Bae, Jin A;Song, Yu Jin;Jeon, Chan Wook
Current Photovoltaic Research
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v.5
no.4
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pp.135-139
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2017
We fabricated two different transparent conducting oxide thin films of ZnO doped with Ga ($Ga_2O_3$ 0.9 wt%) as well as Al ($Al_2O_3$ 2.1 wt%) (GAZO) and ZnO doped only with Al ($Al_2O_3$ 3 wt%) (AZO). It was investigated how it affects the moisture resistance of the transparent electrode. In addition, $Cu(In,Ga)Se_2$ thin film solar cells with two transparent oxides as front electrodes were fabricated, and the correlation between humidity resistance of transparent electrodes and device performance of solar cells was examined. When both transparent electrodes were exposed to high temperature distilled water, they showed a rapid increase in sheet resistance and a decrease in the fill factor of the solar cell. However, AZO showed a drastic decrease in efficiency at the beginning of exposure, while GAZO showed that the deterioration of efficiency occurred over a long period of time and that the long term moisture resistance of GAZO was better.
Chalcogenide-based semiconductors, such as $CuInSe_2$, $CuGaSe_2$, Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS), and CdTe have attracted considerable interest as efficient materials in thin film solar cells (TFSCs). Currently, CIGS and CdTe TFSCs have demonstrated the highest power conversion efficiency (PCE) of over 11% in module production. However, commercialized CIGS and CdTe TFSCs have some limitations due to the scarcity of In, Ga, and Te and the environmental issues associated with Cd and Se. Recently, kesterite CZTS, which is one of the In- and Ga- free absorber materials, has been attracted considerable attention as a new candidate for use as an absorber material in thin film solar cells. The CZTS-based absorber material has outstanding characteristics such as band gap energy of 1.0 eV to 1.5 eV, high absorption coefficient on the order of $10^4cm^{-1}$, and high theoretical conversion efficiency of 32.2% in thin film solar cells. Despite these promising characteristics, research into CZTS-based thin film solar cells is still incomprehensive and related reports are quite few compared to those for CIGS thin film solar cells, which show high efficiency of over 20%. The recent development of kesterite-based CZTS thin film solar cells is summarized in this work. The new challenges for enhanced performance in CZTS thin films are examined and prospective issues are addressed as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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