This study was trying to focus on achieving high efficiency of multi junction solar cell with thin film silicon solar cells. The proposed thin film Si-Ge/c-Si tandem junction solar cell concept with a combination of low-cost thin-film silicon solar cell technology and high-efficiency c-Si cells in a monolithically stacked configuration. The tandem junction solar cells using amorphous silicon germanium (a-SiGe:H) as an absorption layer of upper sub-cell were simulated through ASA (Advanced Semiconductor Analysis) simulator for acquiring the optimum structure. Graded Ge composition - effect of Eg profiling and inserted buffer layer between absorption layer and doped layer showed the improved current density (Jsc) and conversion efficiency (η). 13.11% conversion efficiency of the tandem junction solar cell was observed, which is a result of showing the possibility of thin film Si-Ge/c-Si tandem junction solar cell.
Silicon (Si) solar cells are the most successful technology which are ruling the present photovoltaic (PV) market. In that essence, multijunction (MJ) solar cells provided a new path to improve the state-of-art efficiencies. There are so many hurdles to grow the MJ III-V materials on Si substrate as Si with other materials often demands similar qualities, so it is needed to realize the prospective of Si tandem solar cells. However, Si tandem solar cells with MJ III-V materials have shown the maximum efficiency of 30 %. This work reviews the development of the III-V/Si solar cells with the synopsis of various growth mechanisms i.e hetero-epitaxy, wafer bonding and mechanical stacking of III-V materials on Si substrate. Theoretical approaches to design efficient tandem cell with an analysis of state-of-art silicon solar cells, sensitivity, difficulties and their probable solutions are discussed in this work. An analytical model which yields the practical efficiency values to design the high efficiency III-V/Si solar cells is described briefly.
Purpose of higher conversion efficiencies, thin-film silicon solar cells based on amorphous silicon have been developed with a multiple-stack structure to fully utilize the absorption spectrum. Microcrystalline silicon (µc-Si) is commonly used in the bottom cell of such tandem junction solar cells, offering improved conversion efficiencies. However, the requirement for a thicker absorption layer to generate sufficient photocurrent presents challenges, primarily due to the lower absorption coefficient of µc-Si, resulting in longer deposition times and greater material thickness. To address these limitations, we propose the development of inorganic-organic hybrid solar cells by integrating a-Si tandem with solution-processed organic photovoltaic cells (OPVs), using low-bandgap semiconducting polymers. The OPVs have garnered significant attention as promising candidates for next-generation photovoltaic technology. As part of this effort, we have optimized the a-Si tandem cell by exploring different materials for a tunnel recombination layer and high quality intrinsic layers. The hybrid approach combines the advantages of both inorganic and organic materials, potentially offering a pathway towards more efficient and cost-effective solar cell solutions.
Tandem or multijunction solar cells (MJSCs) can convert sunlight into electricity with higher efficiency (η) than single junction solar cells (SJSCs) by dividing the solar irradiance over sub-cells having distinct bandgaps. The efficiencies of various common SJSC materials are close to the edge of their theoretical efficiency and hence there is a tremendous growing interest in utilizing the tandem/multijunction technique. Recently, III-V materials integration on a silicon substrate has been broadly investigated in the development of III-V on Si tandem solar cells. Numerous growth techniques such as heteroepitaxial growth, wafer bonding, and mechanical stacking are crucial for better understanding of high-quality III-V epitaxial layers on Si. As the choice of growth method and substrate selection can significantly impact the quality and performance of the resulting tandem cell and the terminal configuration exhibit a vital role in the overall proficiency. Parallel and Series-connected configurations have been studied, each with its advantage and disadvantages depending on the application and cell configuration. The optimization of both growth mechanisms and terminal configurations is necessary to further improve efficiency and lessen the cost of III-V on Si tandem solar cells. In this review article, we present an overview of the growth mechanisms and terminal configurations with the areas of research that are crucial for the commercialization of III-V on Si tandem solar cells.
This paper briefly introduces silicon based thin film solar cells: amorphous (a-Si:H), microcrystalline ${\mu}c-Si:H$ single junction and $a-Si:H/{\mu}c-Si:H$ tandem solar cells. The major difference of a-Si:H and ${\mu}c-Si:H$ cells comes from electro-optical properties of intrinsic Si-films (active layer) that absorb incident photon and generate electron-hole pairs. The a-Si:H film has energy band-gap (Eg) of 1.7-1.8eV and solar cells incorporating this wide Eg a-Si:H material as active layer commonly give high voltage and low current, when illuminated, compared to ${\mu}c-Si:H$ solar cells that employ low Eg (1.1eV) material. This Eg difference of two materials make possible tandem configuration in order to effectively use incident photon energy. The $a-Si:H/{\mu}c-Si:H$ tandem solar cells, therefore, have a great potential for low cost photovoltaic device by its various advantages such as low material cost by thin-film structure on low cost substrate instead of expensive c-Si wafer and high conversion efficiency by tandem structure. In this paper, the structure, process and operation properties of Si-based thin-film solar cells are discussed.
In this paper, we report on the 10.33% efficient thin film/bulk tandem solar cells with the top cell made of amorphous silicon thin film and p-type bulk crystalline silicon bottom cell. The tunneling junction layers were used the doped nanocrystalline Si layers. It has to allow an ohmic and low resistive connection. For player and n-layer, crystalline volume fraction is ~86%, ~88% and dark conductivity is $3.28{\times}10-2S/cm$, $3.03{\times}10-1S/cm$, respectively. Optimization of the tunneling junction results in fill factor of 66.16 % and open circuit voltage of 1.39 V. The open circuit voltage was closed to the sum of those of the sub-cells. This tandem structure could enable the effective development of a new concept of high-efficiency and low cost cells.
In this paper, the current status of manufacturing technologies for GaAs/Si solar cell were revived and provied new MOCVD. In the manufacturing process of GaAs/Si solar cells and an experiment to get the high efficiency GaAs solar cells, we must investigate the optimum growth conditions to get high quality GaAs films on Si substrates by MOCVD. The GaAs on Si substrates has been recognized as a lightweight alternative to pure substrate for space applicaton. Because its density is less the half of GaAs or Ge.So GaAs/Si has twofold weight advantage to GaAs monolithic cell. The theoretical conversion efficiecy limit of tandem GaAs/Si solar cell is 32% under AM 0 and $25^{\circ}C$ condition. It was concluded that the development of cost effective MOCVD technologies shoud be ahead GaAs solar cells for achived move high efficiency III-V solar cells involving tandem structure.
c-Si solar cells currently account for more than 90% of the solar energy market. Research on tandem junction solar cells to overcome efficiency limitations is drawing attention at a time when new technologies are being developed to secure the price competitiveness of silicon solar cells. Among several candidate materials for silicon-based tandem solar cells, perovskite has recently been studied as it is suitable for the ease of process as well as for its properties as a tandem solar cell material. In this study, we want to review the research trends and technology limitations of 2-T Perovskite/SHJ tandem junction solar cells.
Park, Jinjoo;Kim, Sangho;Phong, Pham duy;Lee, Sunwha;Yi, Junsin
Current Photovoltaic Research
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제8권1호
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pp.6-11
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2020
The power conversion efficiency (PCE) of a two-terminal tandem solar cell depends upon the tunnel-recombination junction (TRJ) between the top and bottom sub-cells. An optimized TRJ in a tandem cell helps improve its open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and efficiency (PCE). One of the parameters that affect the TRJ is the buffer layer thickness. Therefore, we investigated various TRJs by varying the thickness of the buffer or intermediate layer (TRJ-buffer) in between the highly doped p-type and n-type layers of the TRJ. The TRJ-buffer layer was p-type nc-Si:H, with a doping of 0.06%, an activation energy (Ea) of 43 meV, an optical gap (Eg) of 2.04 eV, and its thickness was varied from 0 nm to 125 nm. The tandem solar cells we investigated were a combination of a heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) bottom sub-cell and an a-Si:H (amorphous silicon) top sub-cell. The initial cell efficiency without the TRJ buffer was 7.65% while with an optimized buffer layer, its efficiency improved to 11.74%, i.e., an improvement in efficiency by a factor of 1.53.
We show the novel hot electron based-solar energy conversion using tandem structured Schottky diode with double Schottky barriers. In this report, we show the effect of the double Schottky barriers on solar cell performance by enhancing both of internal photoemission and band-to-band excitation. The tandem structured Au/Si diode capped with TiO2 layer as second semiconductor exhibited improved ability for light harvesting. The proposed mechanisms consist of multiple reflections of hot electrons and additional pathway of solar energy conversion due to presence of multiple interfaces between thin gold film and semiconductors. Short-circuit photocurrent measured on the tandem structured Au/Si diodes under illumination of AM1.5 increased by approximately 70% from 3.1% to 5.3% and overall incident photon to electron conversion efficiency (IPCE) was enhanced in visible light, revealing that the concept of the double Schottky barriers have significant potential as novel strategy for light harvesting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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