Park, Tae-Jung;Shin, Dong-Hyeop;Ahn, Byung-Tae;Yun, Jae-Ho
Korean Journal of Materials Research
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v.19
no.8
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pp.452-456
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2009
In high-efficiency Cu(In,Ga)$Se_2$ solar cells, Na is doped into a Cu(In,Ga)$Se_2$ light-absorbing layer from sodalime-glass substrate through Mo back-contact layer, resulting in an increase of device performance. However, this supply of sodium is limited when the process temperature is too low or when a substrate does not supply Na. This limitation can be overcome by supplying Na through external doping. For Na doping, an NaF interlayer was deposited on Mo/glass substrate. A Cu(In,Ga)$Se_2$ absorber layer was deposited on the NaF interlayer by a three-stage co-evaporation process As the thickness of NaF interlayer increased, smaller grain sizes were obtained. The resistivity of the NaF-doped CIGS film was of the order of $10^3{\Omega}{\cdot}cm$ indicating that doping was not very effective. However, highest conversion efficiency of 14.2% was obtained when the NaF thickness was 25 nm, suggesting that Na doping using an NaF interlayer is one of the possible methods for external doping.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.431-431
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2016
Typical Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)-based solar cells have a buffer layer between CIGS absorber layer and transparent ZnO front electrode, which plays an important role in improving the cell performance. Among various buffer materials, chemical bath deposition (CBD)-ZnS is being steadily studied to alternative to conventional CdS and the efficiency of CBD-ZnS/CIGS solar cell shows the comparable values with that of CdS/CIGS solar cell. The intriguing thing is that reversible changes occur after exposure to illumination due to the metastable defect states in completed ZnS/CIGS solar cell, which induces an improvement of solar cell performance. Thus, it implies that the understanding of metastable defects in CBD-ZnS/CIGS solar cell is important issue. In this study, we fabricate the ITO/i-ZnO/CBD-ZnS/CIGS/Mo/SLG solar cells by controlling the NH4OH mole concentration (from 2 M to 3.5 M) of CBD-ZnS buffer layer and observe their conversion efficiency with and without light soaking for 1 hr. From the results, NH4OH mole concentration and light exposure can significantly affect the CBD-ZnS/CIGS solar cell performance. In order to investigate that which layer can contain metastable defect states to influence on solar cell performance, impedance spectroscopy and capacitance profiling technique with exposure to illumination have been applied to CBD-ZnS/CIGS solar cell. These techniques give a very useful information on the density of states within the bandgap of CIGS, free carriers density, and light-induced metastable effects. Here, we present the rearranged charge distribution after exposure to illumination and suggest the origin of the metastable defect states in CBD-ZnS/CIGS solar cell.
This experiment investigated characteristic changes in a $Cu_2ZnSnS_4$(CZTS) solar cell by applying a $Zn(O_x,S_{1-x})$ butter layer with various compositions on the upper side of the absorber layer. Among the four single layers such as $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$, $Zn(O_{0.56},S_{0.44})$, $Zn(O_{0.33},S_{0.67})$, and $Zn(O_{0.17},S_{0.83})$, the $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$ buffer layer was applied to the device due to its bandgap structure for suppressing electron-hole recombination. In the application of the $Zn(O_{0.76},S_{0.24})$ buffer layer to the device, the buffer layer in the device showed the composition of $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ because S diffused into the buffer layer from the absorber layer. The $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer, having a lower energy level ($E_V$) than a CdS buffer layer, improved the $J_{SC}$ and $V_{OC}$ characteristics of the CZTS solar cell because the $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer effectively suppressed electron-hole recombination. A substitution of the CdS buffer layer by the $Zn(O_{0.7},S_{0.3})$ buffer layer improved the efficiency of the CZTS solar cell from 2.75% to 4.86%.
CIGS solar cells are kind of thin film solar cells, which are studied several years. CdS buffer layer that makes heterojunction between window layer and absorbing layer was one of issue in the CIGS solar cell study. New types of buffer layer consisted of indium sulfide are being studied these days owing to high price and environmental harmful of CdS. In this study, we demonstrated electrochemical synthesis of indium sulfide film as a buffer layer, which is cheaper and faster than other methods. A uniform indium sulfide film was obtained by applying two different alternating potentials. The band gap of the film was optimized by controlling temperature during the electrochemical synthesis. Using x-ray photoelectron spectroscopy and diffraction method we confirmed that ${\beta}$-indium sulfide was formed on ITO electrode surface.
Pham, Hong Nhung;Jang, Yoon Hee;Park, Bo-In;Lee, Seung Yong;Lee, Doh-Kwon
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.426.2-426.2
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2016
Numerous of researches are being conducted to improve the efficiency of $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe)-based photovoltaic devices, which is one of the most promising candidates for low cost and environment-friendly solar cells. In this work, we concentrate on the back contact of the devices. A proper thickness of $MoSe_2$ in back contact structure is believed to enhance adhesion and ohmic contact between Mo back contact and absorber layer. Nevertheless, too thick $MoSe_2$ layers that are grown during high-temperature selenization process can impede the current collection, thus resulting in low cell performance. By applying molybdenum nitride as a barrier in back contact structure, we were able to control the thickness of $MoSe_2$ layer, which resulted in lower series resistance and higher fill factor of CZTSe devices. The phase transformation of Mo-N binary system was systematically studied by changing $N_2$ concentration during the sputtering process. With a proper phase of Mo-N fabricated by using an adequate partial pressure of $N_2$, the efficiency of CZTSe solar cells as high as 8.31% was achieved while the average efficiency was improved by about 2% with respect to that of the referent cells where no barrier layer was employed.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.398.1-398.1
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2014
The $Cu_2ZnSnSe_4$ (CZTSe) thin films solar cell is one of the next generation candidates for photovoltaic materials as the absorber of thin film solar cells because it has optimal bandgap (Eg=1.0eV) and high absorption coefficient of $10^4cm^{-1}$ in the visible length region. More importantly, CZTSe consists of abundant and non-toxic elements, so researches on CZTSe thin film solar cells have been increasing significantly in recent years. CZTSe thin film has very similar structure and properties with the CIGS thin film by substituting In with Zn and Ga with Sn. In this study, As-deposited CZTSe thin films have been deposited onto soda lime glass (SLG) substrates at different deposition condition using Pulsed Laser Deposition (PLD) technique without post-annealing process. The effects of deposition conditions (deposition time, deposition temperature) onto the structural, compositional and optical properties of CZTSe thin films have been investigated, without experiencing selenization process. The XRD pattern shows that quaternary CZTSe films with a stannite single phase. The existence of (112), (204), (312), (008), (316) peaks indicates all films grew and crystallized as a stannite-type structure, which is in a good agreement with the diffraction pattern of CZTSe single crystal. All the films were observed to be polycrystalline in nature with a high (112) predominant orientation at $2{\theta}{\sim}26.8^{\circ}$. The carrier concentration, mobility, resistivity and optical band gap of CZTSe thin films depending on the deposition conditions. Average energy band gap of the CZTSe thin films is about 1.3 eV.
Kim, Min-Geon;Kim, Hyeon-Yeop;Choe, U-Jin;Lee, Jun-Sin;Kim, Jun-Dong
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.590-590
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2012
A transparent conducting oxide (TCO) layer was applied in crystalline Si (c-Si) solar cells without use of the conventional SiNx-coating. A high quality indium-tin-oxide (ITO) layer was directly deposited on an emitter layer of a Si wafer. Three different types of emitters were formed by controlling the phosphorous diffusion condition. A light-doped emitter forming a thinner emitter junction showed an improved photoconversion efficiency of 14.1% comparing to 13.2% of a heavy-doped emitter. This was induced by lower recombination within a narrower depletion region of the light-doped emitter. In the aspect of light management, the intermediate refractive index of ITO is effective to reduce the light reflection leading the enhanced carrier generation in a Si absorber. For the electrical aspect, the ITO layer serves as an efficient electrical conductor and thus relieves the burden of high contact resistance of the light-doped emitter. Additionally, the ITO works as a buffer layer of Ag and Si and certainly prevents the shunting problem of Ag penetration into Si emitter region. It discusses an efficient design scheme of TCO-embedded emitter Si solar cells.
Sang Woo, Park;Suyoung, Jang;Jun Sung, Jang;Jin Hyeok, Kim
Korean Journal of Materials Research
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v.32
no.11
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pp.481-488
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2022
The Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe) absorbers are promising thin film solar cells (TFSCs) materials, to replace existing Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) and CdTe photovoltaic technology. However, the best reported efficiency for a CZTSSe device, of 13.6 %, is still too low for commercial use. Recently, partially replacing the Zn2+ element with a Cd2+element has attracting attention as one of the promising strategies for improving the photovoltaic characteristics of the CZTSSe TFSCs. Cd2+ elements are known to improve the grain size of the CZTSSe absorber thin films and improve optoelectronic properties by suppressing potential defects, causing short-circuit current (Jsc) loss. In this study, the structural, compositional, and morphological characteristics of CZTSSe and CZCTSSe thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometer (XRF), and Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), respectively. The FE-SEM images revealed that the grain size improved with increasing Cd2+ alloying in the CZTSSe thin films. Moreover, there was a slight decrease in small grain distribution as well as voids near the CZTSSe/Mo interface after Cd2+ alloying. The solar cells prepared using the most promising CZTSSe absorber thin films with Cd2+ alloying (8 min. 30 sec.) exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 9.33 %, Jsc of 34.0 mA/cm2, and fill factor (FF) of 62.7 %, respectively.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.461.1-461.1
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2014
본 연구진에서는 기존에 Ag2S 양자점을 흡광층으로 활용하여 양자점 감응형 태양전지(QDSC)를 제작, 그 성능과 특징을 분석하여 발표한 바 있다. 기존 연구에서 제작된 Ag2S QDSC는 11 mA/cm2의 비교적 높은 광전류와 260 mV의 비교적 낮은 전압으로 인해 1.2%의 광전환효율 성능을 나타내는 것으로 보고되었다. 추후 연구로 진행된 본 결과에서는, 기존에 Single absorber로 사용된 Ag2S의 한계를 보완하기 위해 CdS를 도입하여 co-sensitization을 활용하였다. CdS는 약 2.3 eV의 밴드갭 에너지를 갖는 물질로, 1.1 eV의 밴드갭을 갖는 Ag2S에 비해 흡광 영역은 좁지만 그만큼 전자-정공 재결합을 억제할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 전도층으로 사용한 n-type 물질인 ZnO 나노선과의 밴드구조가 매우 적합하게 조화되어, ZnO/CdS/Ag2S 순서로 이종구조를 접합시켰을 때 세 물질의 Conduction band level과 Valence band level이 순차적으로 연결되는 cascade-shaped 밴드구조를 이루게 된다. 빛을 받아 Ag2S와 CdS에서 생성된 전자는 이 cascade 모양의 conduction band를 따라 순차적으로 ZnO로 잘 전달되게 되어, 효율 향상에 큰 도움을 주었다. 이런 장점들로 인해, CdS-Ag2S co-sensitized QDSC는 Ag2S QDSC에 비해 2배나 향상된 효율인 2.4%를 기록하였으며, 이는 IPCE spectrum 측정 등으로 근거가 뒷받침되었다.
Experimental external collector type solar lumber dryer with $1.6m^2$ of collector area and $1.0m^3$ of maximum dryer capacity was designed and constructed to investigate the conditions inside and outside the dryer and collector. The efficiency of collector was calculated and numbers of drying-days and collector areas required to dry $0.2m^3$ and $1.0m^3$ of pine and oak at various an flow rate inside collector were estimated for eight cities in Korea. Average temperatures of collector-inlet and -outlet air and heat absorber were $52.5^{\circ}C$$57.9^{\circ}C$, and $71.1^{\circ}C$. respectively at 4m/sec of an flow rate inside collector on sunny day in summer. Overall heat transfer coefficient of collector was 4.875W/$m^2^{\circ}C $ and collector efficiency was 52%. Estimated numbers of drying-days required to dry $0.2m^3$ of pine and oak from 80% to 15% moisture content at various air flow rate inside collector were 38 and 66 days. respectively. Areas of collector required to dry $1.0m^3$ of lumber at desired safe drying rate were estimated as $13.7m^2$ for pine and $16.0m^2$ for oak.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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