Rasool, Shafket;Zhou, Haoran;Vu, Doan Van;Haris, Muhammad;Song, Chang Eun;Kim, Hwan Kyu;Shin, Won Suk
Current Photovoltaic Research
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제9권4호
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pp.145-159
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2021
Light soaking (LS) stability in polymer solar cells (PSCs) has always been a challenge to achieve due to unstable photoactive layer-electrode interface. Especially, the electron transport layer (ETL) and photoactive layer interface limits the LS stability of PSCs. Herein, we have modified the most commonly used and robust zinc oxide (ZnO) ETL-interface using an organic dye molecule and a co-adsorbent. Power conversion efficiencies have been slightly improved but when these PSCs were subjected to long term LS stability chamber, equipped with heat and humidity (45℃ and 85% relative humidity), an outstanding stability in the case of ZnO/dye+co-adsorbent ETL containing devices have been achieved. The enhanced LS stability occurred due to the suppressed interfacial defects and robust contact between the ZnO and photoactive layer. Current density as well as fill factors have been retained after LS with the modified ETL as compared to un-modified ETL, owing to their higher charge collection efficiencies which originated from higher electron mobilities. Moreover, the existence of less traps (as observed from light intensity-open circuit voltage measurements and dark currents at -2V) are also found to be one of the reasons for enhanced LS stability in the current study. We conclude that the mitigation ETL-surface traps using an organic dye with a co-adsorbent is an effective and robust approach to enhance the LS stability in PSCs.
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.
Interfacial engineering approaches as an efficient strategy for improving the power conversion efficiencies (PCEs) of inverted polymer solar cells (iPSCs) has attracted considerable attention. Recently, polymer surface modifiers, such as poly(ethyleneimine) (PEI) and polyethylenimine ethoxylated (PEIE), were introduced to produce low WF electrodes and were reported to have good electron selectivity for inverted polymer solar cells (iPSCs) without an n-type metal oxide layer. To obtain more efficient solar cells, quantum dots (QDs) are used as effective sensitizers across a broad spectral range from visible to near IR. Additionally, they have the ability to efficiently generate multiple excitons from a single photon via a process called carrier multiplication (CM) or multiple exciton generation (MEG). However, in general, it is very difficult to prepare a bilayer structure with an organic layer and a QD interlayer through a solution process, because most solvents can dissolve and destroy the organic layer and QD interlayer. To present a more effective strategy for surpassing the limitations of traditional methods, we studied and fabricated the highly efficient iPSCs with mono-layered QDs as an effective multi-functional layer, to enhance the quantum yield caused by various effects of QDs monolayer. The mono-layered QDs play the multi-functional role as surface modifier, sub-photosensitizer and electron transport layer. Using this effective approach, we achieve the highest conversion efficiency of ~10.3% resulting from improved interfacial properties and efficient charge transfer, which is verified by various analysis tools.
Polymer solar cells are a type of organic solar cell (also called plastic solar cell), or organic photovoltaic cell that produce electricity from sunlight using polymers. It is a relatively novel technology, they are being researched by universities, national laboratories and several companies around the world. In this paper, stamping mold of barrier ribs for polymer solar cells was manufactured by lithography and electroforming which can control the height of pattern and 80nl of barrier ribs was manufactured by using hot embossing.
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have attracted considerable attention on account of their high solar energy-to-conversion efficiencies and low cost processes compared to conventional p-n junction solar cells. The mechanism of DSSC is based on the injection of electrons from the photo excited dyes into the conduction band of the semiconductor electrode. The oxidized dye is reduced by the hole injection into either the hole conductor or the electrolyte. Thus, the light harvesting effect of dye plays an important role in capturing the photons and generating the electron/hole pair, as well as transferring them to the interface of the semiconductor and the electrolyte, respectively. We used the organic fluorescence materials which can absorb short wavelength light and emit longer wavelength region where dye sensitize effectively. In this work, the DSSCs were fabricated with fluorescence materials added $TiO_2$ photo-electrode which were sensitized with metal-free organic dyes. The photovoltaic performances of fluorescence aided DSSCs were compared, and the recombination dark current curves and the incident photon-to-current (IPCE) efficiencies were measured in order to characterize the effects of the additional light harvesting effect in DSSC. Electro-optical measurements were also used to optimize the fluorescence material contents on TiO2 photo-electrode surface for higher conversion efficiency (${\eta}$), fill factor (FF), open-circuit voltage (VOC) and short-circuit current (ISC). The enhanced light harvesting effect by the judicious choice/design of the fluorescence materials and sensitizing dyes permits the enhancement of photovoltaic performance of DSSC.
Kim, Jin-Hyun;Heo, Il-Su;Gong, Hye-Jin;Yu, Yeon-Gyu;Yim, Sang-Gyu
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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pp.276-276
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2012
The interface morphology of organic active layers is known to play a crucial role in the performance of organic photovoltaic (OPV) cells. Especially, a controlled nanostructure with a large contact area between electron donor (D) and acceptor (A) layers is necessary to improve the power conversion efficiency (PCE) of the cells since the short exciton diffusion lengths in organic semiconductors limit the charge (hole and electron) separation before excitons recombination. In this work, we developed simple solvent treating methods to fabricate a nanostructured DA interface and applied them to enhance the PCE of ZnPc/C60 based small molecule OPV cells. Interestingly, it was observed that the solvent treatment on the donor layer prior to the deposition of the acceptor layer resulted in a significant decrease in PCE, which was due to an existence of undesirable voids at the DA interface. Instead, the solvent vapor treatment after the DA bilayer formation led to densely packed and well dispersed DA contacts. Consequently, 3-fold enhancement of PCE as compared to the untreated bilayer cell was accomplished.
반도체성 고분자인 poly(3-hexylthiophene) (P3HT)과 $C_{60}$ 유도체인 PCBM의 복합재를 이용하여 유기태양전지를 제작하였다. 열처리 온도론 중심으로 다양한 제조조건 하에서의 태양전지 특성을 조사하였다. 열처리 온도를 높임에 따라, P3HT/PCBM 복합재 박막은 뚜렷한 색변화와 함께 가시광 영역에서의 광흡수가 증가됨이 관찰되었고, 소자 성능도 크게 향상되었다. 결과적으로, 본 P3HT/PCBM bulk 이종접합형 구조의 유기 태양전지는 최적화된 제조 조건에서 $2.8\%$의 에너지 전환 효율을 나타내었다($100mW/cm^2$, 백색광).
본 총설에서는 최근 전세계적으로 각광 받고 있는 유기 금속 할라이드 페로브스카이트 소재에 기반한 태양광 물분해 연구에 대해 정리하였다. 크게, 현재까지 연구보고들을 태양전지-전기분해기 구성 (photovoltaic-electrolyzer configuration) 및 통합 태양광 물분해 (integrated photoelectrolysis)로 분류하여 최근 연구결과들을 소개하였다. 해당 분야 연구는 아직 초기 단계에 있으며, 향후 효과적인 보호막 개발, 고전압 텐덤전지 제작 등이 필요함을 보였다.
세계적으로 석유자원의 고갈로 대체 에너지 중에서도 태양전지는 가장 주목받는 기술 중에 하나이며, 크게 무기물 태양전지와 유기태양전지로 구분된다. 그 중에서 유기태양전지의 변환효율은 무기물 태양전지에 상당히 미치지 못하지만, 제작공정의 비용이 낮고, 투명하고 다양한 색을 낼 수 있으며, 유연성을 띠는 장점으로 인하여 무기물 태양전지가 사용될 수 없는 시장을 중심으로 저비용 제품으로 사용될 가능성이 높아지고 있다. 현재 유기태양전지의 효율, 수명, 그리고, 안정성이 태양전지의 보급화에 중요한 이슈이며, 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 글은 유기태양전지의 기술적 원리, 현재 개발 동향 및 이슈, 그리고 발전 방향에 대하여 정리하였다.
Two novel quinacridone (QNC) dyes with thiophene or benzene-conjugated bridge and cyanoacrylic acid acceptor were first designed and synthesized for use in dye-sensitized solar cells (DSSCs). The absorption spectra, electrochemical and photovoltaic properties of these dyes were investigated. Under simulated AM 1.5G irradiation conditions, the solar cell based on the quinacridone dye containing thiophene as a bridge unit had a short-circuit photocurrent density of 8.51 $mA{\cdot}cm^{-2}$, an open-circuit voltage of 643.6 mV, and a fill factor of 0.70, corresponding to an overall conversion efficiency of 3.86%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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