Currently, there are several newly developed energy resources for the future to replace petroleum resources such as hydrogen fuel cell, solar cell, wind power, and etc. Among them, solar cell has attracted a worldwide concern, because it has an enormous amount of resources. In general, a study of solar cells can be classified in to an area of bulk type and thin-film type. Inorganic solar cells based on silicon have been tremendously developed in technology and efficiency. However, since there are many lithographic steps, high processing temperature approximately $1000^{\circ}C$, and expensive raw materials, a manufacturing cost of device are nearly reaching a limit. Contrary to those disadvantages, organic solar cells can be manufactured at room temperature. Also, it has many advantages such as a low cost, easy fabrication of thin film, and possible manufacture to a large size. Because it can be made to be flexible, research and development on solar cells are actively in progress for the next generation. ever though an efficiency of the organic solar cell is low compared to that of inorganic one, a continuous study is needed. In this paper, we report optimal device structure obtained by a program simulation for design and development of highly efficient organic photovoltaic cells. we have also compared simulated results to experimental ones.
In this study, we investigate organic-inorganic hybrid solar cells with a very simple three-layer structure (Al/n-Si/PEDOT:PSS). The performance of hybrid solar cells is optimized by controlling the sheet resistance and optical transmittance of the PEDOT:PSS layers. As the thickness of the PEDOT:PSS layer decreases, the optical absorption of the n-Si increases, which greatly improves the short-circuit current density ($J_{SC}$) of devices, but the increase in sheet resistance leads to a decrease in the open-circuit voltage ($V_{OC}$) and the fill factor (FF). The solar cell with the 180-nm thick PEDOT:PSS layer shows a highest efficiency of 8.45% ($V_{OC}$: 0.435 V, $J_{SC}$: $33.7mA/cm^2$, FF: 57.5%). Considering these results, it is expected that the optimizing process for the sheet resistance and transmittance of the PEDOT:PSS layer is essential for producing high-efficiency organic-inorganic hybrid solar cells and will serve as an important basis for achieving low-cost, high-efficiency solar cells.
Dye-sensitized solar cells (DSSC) are currently attracting wide spread academic and commercial interest for the conversion of sunlight into electricity because of their easy manufacturing process and high efficiency. The solar energy conversion efficiencies of DSSC are strongly dependent on dye molecules adsorbed on the TiO2 surface which used for photosensitization of sun light, since an excited state of dye could inject an electron into the conduction band of semiconductor. We have developed novel organic dyes which have phenothiazine moieties as an electron donor in their charge-transfer chromophore for application of DSSCs. We had synthesized a series of phenothiazine derivatives which have different wave length absorbing chromophore in the molecule with high molar extinction coefficient. The photovoltaic performance of DSSC composed of organic chromophores with broad wavelength absorption property were measured and evaluated by comparison with that of pristine ruthenium dye.
We report hybrid solar cells fabricated with polymer/fullerene bulk heterojunction layers that contain inorganic nanocrystals synthesized by in-situ reaction in the presence of polymer chains. The inorganic (cadmium sulfide) nanocrystal ($CdS_{NC}$) was generated by the reaction of cadmium acetate and sulfur by varying the reaction time up to 30 min. The synthesized $CdS_{NC}$ showed a rectangular flake shape, while the size of $CdS_{NC}$ reached ca. 150 nm when the reaction time was 10 min. The performance of hybrid solar cells with $CdS_{NC}$ synthesized for 10 min was better than that of a control device, whereas poor performances were measured for other hybrid solar cells with $CdS_{NC}$ synthesized for more than 10 min.
Organic photovoltaic cells (OPV) have been extensively studied due to their unique properties such as flexibility, light-weight, easy processability, cost-effectiveness, and being environmental friendly. These advantages make them an attractive candidate for application in various novel fields and promising development with new features. Photovoltaic cell-integrated textiles have greatly attractive features as a power source for the smart textile solutions, and OPV is most ideal form factor due to advantage of flexibility. In this study, we develop a textile-based OPV through various experimental methods and we suggest the direction for the design of the photovoltaic textile. We used a textile electrode and tried to various layouts for textile-based OPV. Finally, we determined the contact area by using Hertzian theory for the calculation of power conversion efficiency (PCE). Based on the results of calculation, the short circuit current density, Isc, was $13.11mA/cm^2$ under AM 1.5condition and the PCE was around 2.5%.
Photonic crystal solar cells have the potential for addressing the disparate length scales in polymer photovoltaic materials, thereby confronting the major challenge in solar cell technology: efficiency. One must achieve simultaneously an efficient absorption of photons with effective carrier extraction. Unfortunately the two processes have opposing requirements. Efficient absorption of light calls for thicker PV active layers whereas carrier transport always benefits from thinner ones, and this dichotomy is at the heart of an efficiency/cost conundrum that has kept solar energy expensive relative to fossil fuels. This dichotomy persists over the entire solar spectrum but increasingly so near a semiconductor's band edge where absorption is weak. We report a 2-D, photonic crystal morphology that enhances the efficiency of organic photovoltaic cells relative to conventional planar cells. The morphology is developed by patterning an organic photoactive bulk heterojunction blend of Poly(3-(2-methyl-2-hexylcarboxylate) thiophene-co-thiophene) and PCBM via PRINT, a nano-embossing method that lends itself to large area fabrication of nanostructures. The photonic crystal cell morphology increases photocurrents generally, and particularly through the excitation of resonant modes near the band edge of the organic PV material. The device performance of the photonic crystal cell showed a nearly doubled increase in efficiency relative to conventional planar cell designs. Photonic crystals can also enhance performance of other optoelectronic devices including organic laser.
Park, Eun Hye;Ahn, Jong Jun;Kim, Hee Su;Kim, Ji-Hoon;Hwang, Do-Hoon
대한화학회지
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제60권3호
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pp.194-202
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2016
Two conjugated semiconducting copolymers consisting of 4,7-bis(4-(2-ethylhexyl)-2-thiophene)-2,1,3-benzothiadiazole (DTBT) and benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene with 5-(2-ethylhexyl)-2,2'-bithiophene (BDTBT) or 5-(2-ethylhexylthio)- 2,2'-bithiophene (BDTBT-S) were designed and synthesized as donor materials for organic photovoltaic cells (OPVs). Alkylthio-substituted PBDTBT-S-DTBT showed a higher hole mobility and lower highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level (by 0.08 eV) than the corresponding alkyl-substituted PBDTBT-DTBT. An OPV fabricated using PBDTBT-S-DTBT showed higher VOC and JSC values of 0.83 V and 7.56 mA/cm2, respectively, than those of a device fabricated using PBDTBT-DTBT (0.74 V) leading to a power conversion efficiency of 2.05% under AM 1.5G 100 mW/cm2 illumination.
Kim, Ji-Hoon;Song, Chang Eun;Kang, In-Nam;Shin, Won Suk;Zhang, Zhi-Guo;Li, Yongfang;Hwang, Do-Hoon
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제35권5호
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pp.1356-1364
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2014
A new conjugated copolymer, poly{4,8-bis(triisopropylsilylethynyl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene-alt-4,7- bis(5-thiophen-2-yl)-5,6-difluoro-2-(heptadecan-9-yl)-2H-benzo[d][1,2,3]triazole} (PTIPSBDT-DFDTBTz), is synthesized by Stille coupling polycondensation. The synthesized polymer has a band gap energy of 1.9 eV, and it absorbs light in the range 300-610 nm. The hole mobility of a solution-processed organic thin-film transistor fabricated using PTIPSBDT-DFDTBTz is $3.8{\times}10^{-3}cm^2V^{-1}s^{-1}$. Bulk heterojunction photovoltaic cells are fabricated, with a conventional device structure of ITO/PEDOT:PSS/polymer:$PC_{71}BM$/Ca/Al ($PC_{71}BM$ = [6,6]-phenyl-$C_{71}$-butyric acid methyl ester); the device shows a power conversion efficiency (PCE) of 2.86% with an open-circuit voltage ($V_{oc}$) of 0.85 V, a short-circuit current density ($J_{sc}$) of 7.60 mA $cm^{-2}$, and a fill factor (FF) of 0.44. Inverted photovoltaic cells with the structure ITO/ethoxylated polyethlyenimine/ polymer:$PC_{71}BM/MoO_3$/Ag are also fabricated; the device exhibits a maximum PCE of 2.92%, with a $V_{oc}$ of 0.89 V, a $J_{sc}$ of 6.81 mA $cm^{-2}$, and an FF of 0.48.
한국정보디스플레이학회 2009년도 9th International Meeting on Information Display
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pp.1557-1559
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2009
By using optimum doping ratio (10 ~ 20 wt%) of glycerol, the power conversion efficiency (PCE) of organic photovoltaic devices based on poly (3-hexylthiophene) and phenyl-$C_{61}$-butyric acid methyl ester was dramatically increased from 3.23% to 5.03%. Finally, semitransparent organic photovoltaic devices including glycerol doped poly (3,4-ethylenedioxy-thiophene):poly (styrene sulfonate) and thin Ag (< 1 nm) buffer layer typically have shown PCE > 3% with transmittance > 30% in visible ranges.
Song Jeong-Ho;Kang Tae-Jo;Cho Young-Don;Lee Sun-Hyoung;Kim Jeong-Soo
Fibers and Polymers
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제7권3호
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pp.217-222
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2006
Propargyl alcohol was coupled to 2,4-hexadiyne-1,6-diol (HDD) and crystallized in the process of ultraviolet irradiation-induced topochemical polymerization. The HDD polymer crystals were used as one component in the fabrication of organic photovoltaic cells, in combination with fullerene as the electron acceptor. The various structures of the produced photovoltaic cells included bilayer, trilayer, and bulk heterojunction structures. Their photovoltaic properties were analyzed in relation to crystal structure, electrochemical properties, and band structure of the HOD polydiacetylene polymers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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