It is well-known that Boron-doped Cz Si solar cells suffer light-induced degradation due to boron-oxygen defect which is responsible of a reduction in lifetime and hence efficiency. In this paper, we assume that PV solar cell has been connected with variable load to account the real operating condition and it shows different light-induced degradation of Si solar cell. To evaluate the effect of light-induced degradation for solar cell with various load, Single crystalline solar cells are connected with open and short circuits during light exposure. Isc-Voc curve evaluate light induced degradation of solar cells and the reason is explained as a change for serial resistance. From the results, Electrical characteristics of solar cells show better performance under short circuit conditions, after light exposure.
Park, Chang-Bae;Oh, Sang-Kwang;Ma, Dae-Yeong;Kim, Ki-Wan
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.26
no.6
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pp.30-37
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1989
The PIN type a-SiC:H/a-Si:H heterojunction solar cells were fabricated by using the rf glow discharge decomposition of $SiH_4$ mixed with $CH_4,B_2,H_6\;and\;PH_3.$ The efficiency of the solar cell of the $SnO_2/ITO$ was higher than that of ITO transparent oxide layer by 1.5%. The P layer was prepared with the thickness of $100{\AA}$ and $CH_4/SiH_4$ ration of 5. The I layer has been deposited on the P layer and it is not pure intrinsic but near N type. So $SiH_4$ mixed with $B_2H_6$ of 0.3ppm was used to change this N type nature to intrinsic having the thickness of 5000${\AA}$. And consecutively, the N layer was deposited with t ethickness of $400{\AA}$ using $SiH_4/PH_3$ mixtures. The solar cell demonstrated 0.94V of $V_{oc'}$ 14.6mA/cm of $J_{sc}$ and 58.2% of FF, resulting the efficiency of 8.0%. To minimize loss by the reflection of light, $MgF_2$ layer was coated on the lgass and the efficiency was improved by 0.5%. Therefore, the solar cell indicated overall efficiency of 8.5%.
This paper presents a Technology-CAD (TCAD) simulation of the characteristics of crystalline Si pillar array solar cells. The junction depth and the surface concentration of the solar cells were optimized to obtain the targeted sheet resistance of the emitter region. The diffusion model was determined by calibrating the emitter doping profile of the microscale silicon pillars. The dimension parameters determining the pillar shape, such as width, height, and spacing were varied within a simulation window from ${\sim}2{\mu}m$ to $5{\mu}m$. The simulation showed that increasing pillar width (or diameter) and spacing resulted in the decrease of current density due to surface area loss, light trapping loss, and high reflectance. Although increasing pillar height might improve the chances of light trapping, the recombination loss due to the increase in the carrier's transfer length canceled out the positive effect to the photo-generation component of the current. The silicon pillars were experimentally formed by photoresist patterning and electroless etching. The laboratory results of a fabricated Si pillar solar cell showed the efficiency and the fill factor to be close to the simulation results.
$Ti_xSi_{1-x}O_y$ (TSO) thin films are fabricated using plasma-enhanced atomic layer deposition. The Ti content in the TSO films is controlled by adjusting the sub-cycle ratio of $TiO_2$ and $SiO_2$. The refractive indices of $SiO_2$ and $TiO_2$ are 1.4 and 2.4, respectively. Hence, tailoring of the refractivity indices from 1.4 to 2.4 is feasible. The controllability of the refractive index and film thickness enables application of an antireflection coating layer to TSO films for use as a thin film solar cell. The TSO coating layer on an Si wafer dramatically reduces reflectivity compared to a bare Si wafer. In the measurement of the current-voltage characteristics, a nonlinear coefficient of 13.6 is obtained in the TSO films.
The process conditions for high efficiency industrial crystalline Si solar cells with selective emitter were optimized. In the screen printed solar cells, the sheet resistance must be 50-60V/sq. because of metal contact resistance. But the low sheet resistance causes the increase of the recombination and blue response at the short wavelength. Therefore, the screen printed solar cells with homogeneous emitter have limitations of efficiency, and this means that the selective emitter must be used to improve cell efficiency. This work demonstrates the feasibility of a commercially available selective emitter process, based on screen printing and conventional diffusion process. Now, we improved cell efficiency from 18.29% to18.45% by transition of heavy emitter pattern and shallow emitter doping condition.
The significant growth of the Si photovoltaic industry has been so far limited due to the high cost of the Si photovoltaic system. In this regard, the most expensive factors are the intrinsic cost of silicon material and the Si solar cell fabrication processes. Conventional Si solar cells have p-n junctions inside for an efficient extraction of light-generated charge carriers. However, the p-n junction is normally formed through very expensive processes requiring very high temperature (${\sim}1000^{\circ}C$). Therefore, several systems are currently under study to form heterojunctions at low temperatures. Among them, carbon nanotube (CNT)/Si hybrid solar cells are very promising, with power conversion efficiency up to 15%. In these cells, the p-type Si layer is replaced by a semitransparent CNT film deposited at room temperature on the n-doped Si wafer, thus giving rise to an overall reduction of the total Si thickness and to the fabrication of a device with cheaper methods at low temperatures. In particular, the CNT film coating the Si wafer acts as a conductive electrode for charge carrier collection and establishes a built-in voltage for separating photocarriers. Moreover, due to the CNT film optical semitransparency, most of the incoming light is absorbed in Si; thus the efficiency of the CNT/Si device is in principle comparable to that of a conventional Si one. In this paper an overview of several factors at the basis of this device operation and of the suggested improvements to its architecture is given. In addition, still open physical/technological issues are also addressed.
We investigate the effect of light intensity and wavelength of a solar cell device using photoconductive atomic force microscopy(PC-AFM). A $POCl_3$ diffusion doping process is used to produce a p-n junction solar cell device based on a polySi wafer, and the electrical properties of prepared solar cells are measured using a solar cell simulator system. The measured open circuit voltage($V_{oc}$) is 0.59 V and the short circuit current($I_{sc}$) is 48.5 mA. Moreover, the values of the fill factors and efficiencies of the devices are 0.7 and approximately 13.6 %, respectively. In addition, PC-AFM, a recent notable method for nano-scale characterization of photovoltaic elements, is used for direct measurements of photoelectric characteristics in limited areas instead of large areas. The effects of changes in the intensity and wavelength of light shining on the element on the photoelectric characteristics are observed. Results obtained through PC-AFM are compared with the electric/optical characteristics data obtained through a solar simulator. The voltage($V_{PC-AFM}$) at which the current is 0 A in the I-V characteristic curves increases sharply up to $18W/m^2$, peaking and slowly falling as light intensity increases. Here, $V_{PC-AFM}$ at $18W/m^2$ is 0.29 V, which corresponds to 59 % of the average $V_{oc}$ value, as measured with the solar simulator. Furthermore, while the light wavelength increases from 300 nm to 1,100 nm, the external quantum efficiency(EQE) and results from PC-AFM show similar trends at the macro scale but reveal different results in several sections, indicating the need for detailed analysis and improvement in the future.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.14
no.3
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pp.160-163
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2013
We investigated the effect of light intensity and wavelength of a solar cell device by using photoconductive atomic force microscopy (PC-AFM). The $POCl_3$ diffusion doping process was used to produce a p-n junction solar cell device based on a Poly-Si wafer and the electrical properties of prepared solar cells were measured using a solar cell simulator system. The measured open circuit voltage ($V_{oc}$) is 0.59 V and the short circuit current ($I_{sc}$) is 48.5 mA. Also, the values of the fill factors and efficiencies of the devices are 0.7% and approximately 13.6%, respectively. In addition, PC-AFM, a recent notable method for nano-scale characterization of photovoltaic elements, was used for direct measurements of photoelectric characteristics in local instead of large areas. The effects of changes in the intensity and wavelength of light shining on the element on the photoelectric characteristics were observed. Results obtained through PC-AFM were compared with the electric/optical characteristics data obtained through a solar simulator. The voltage ($V_{PC-AFM}$) at which the current was 0 A in the I-V characteristic curves increased sharply up to 1.8 $mW/cm^2$, peaking and slowly falling as light intensity increased. Here, $V_{PC-AFM}$ at 1.8 $mW/cm^2$ was 0.29 V, which corresponds to 59% of the average $V_{oc}$ value, as measured with the solar simulator. Also, while light wavelength was increased from 300 nm to 1,100 nm, the external quantum efficiency (EQE) and results from PC-AFM showed similar trends at the macro scale, but returned different results in several sections, indicating the need for detailed analysis and improvement in the future.
The simulation program for solar cells, PC1D, was briefly reviewed and the device modeling of a multicrystalline Si solar cell using the program was carried out to understand the internal operating principles. The effects of design parameters on the light absorption and the quantum efficiency were investigated and strategies to reduce carrier recombination, such as back surface field and surface passivation, were also characterized with the numerical simulation. In every step of the process, efficiency improvements for the key performance characteristics of the model device were determined and compared with the properties of the solar cell, whose efficiency (20.3%) has been confirmed as the highest in multicrystalline Si devices. In this simulation work, it was found that the conversion efficiency of the prototype model (13.6%) can be increased up to 20.7% after the optimization of design parameters.
Ji, Kwang-Sun;Eo, Young-Ju;Kim, Bum-Sung;Lee, Heon-Min;Lee, Don-Hee
New & Renewable Energy
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v.4
no.2
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pp.68-73
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2008
It is very important that constitution of good hetero-junction interface with a high quality amorphous silicon thin films on very cleaned c-Si wafer for making high efficiency hetero-junction solar cells. For achieving the high efficiency solar cells, the inspection and management of c-Si wafer surface conditions are essential subjects. In this experiment, we analyzed the c-Si wafer surface very sensitively using Spectroscopic Ellipsometer for < ${\varepsilon}2$ > and u-PCD for effective carrier life time, so we accomplished < ${\varepsilon}2$ > value 43.02 at 4.25eV by optimizing the cleaning process which is representative of c-Si wafer surface conditions very well. We carried out that the deposition of high quality hydrogenated silicon amorphous thin films by RF-PECVD systems having high density and low crystallinity which are results of effective medium approximation modeling and fitting using spectroscopic ellipsometer. We reached the cell efficiency 12.67% and 14.30% on flat and textured CZ c-Si wafer each under AM1.5G irradiation, adopting the optimized cleaning and deposition conditions that we made. As a result, we confirmed that spectroscopic ellipsometry is very useful analyzing methode for hetero-junction solar cells which need to very thin and high quality multi layer structure.
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