To investigate the scattering layer effect of a $TiO_2$ multilayer in dye-sensitized solar cells (DSSCs), we designed a new DSSC system, assembled with a CdS-$TiO_2$ scattering layer electrode. A high-magnification SEM image exhibited hollyhock-like particles with a width of 1.5-2.0 ${\mu}m$ that were aggregated into 10-nm clumps in a hexagonal petal shape. The efficiency was higher in the DSSC assembled with a CdS-$TiO_2$ scattering layer than in the DSSC assembled with $TiO_2$-only layers, due to the decreased resistance in electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The short-circuit current density ($J_{sc}$) was increased by approximately 7.26% and the open-circuit voltage ($V_{oc}$) by 2.44% over the 1.0 wt % CdS-$TiO_2$ composite scattering layer and the incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) in the maximum peak was also enhanced by about 5.0%, compared to the DSSC assembled without the CdS-$TiO_2$scattering layer.
외부적으로 직렬 및 병렬로 접속된 50개의 DSSC로써 새로운 8 V DC 전원을 만들었다. 한 개의 DSSC는 $5.2{\times}2.6$ cm(유효면적 8 $cm^2$) 약 4.2%의 효율을 보이며, 전기화학적 임피던스 분석법 및 I-V 곡선으로 특성이 분석되었다. 또한 펄스형 Nd:YAG 레이저 빔을 활용하여 투명 도전층을 식각함으로써, 최종효율 약 45%를 달성하였다.
$TiO_2$ pastes was synthesized to obtained of high efficiency dye-sensitized solar cells using size dependent co-polymer. SBM co-polymer binder is consist of styrene, n-butyl acrylate, and methacrylic acid (SBM) monodisperse co-polymer binder materials and this $TiO_2$ pastes were applied of dye-sensitized solar cells (DSSCs). The photoanodes were characterized by ATR-Fourier Transform spectrometer, X-ray diffraction (XRD) and morphology was investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The photoelectrochemical properties of the thin films and the performance of DSSCs were measured by photovoltaic-current density, AC impedance and monochromatic incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE). DSSC based on the 100nm size co-polymer binder was obtained conversion efficiency of 8.1% under irradiation of AM 1.5(100 $mWcm^2$).
Kim, Hyun-Ju;Song, Jae-Sung;Lee, Dong-Yun;Lee, Won-Jae
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제5권3호
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pp.89-92
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2004
For improving solar efficiencies, down conversion of high-energy photons to visible lights is discussed. The losses due to thermalization of charge carriers generated by the absorption of high-energy photons, can largely be reduced in a solar cell if more than one electron-hole pair can be generated per incident photon. The solar cell was constructed of dye-sensitized anatase-based TiO$_2$, approximately 30nm particle size, 6$\mu\textrm{m}$thickness, and 6${\times}$6$\textrm{mm}^2$ active area, Pt counter electrode and I$_3$$\^$-/I$_2$$\^$-/ electrolyte. After correction for losses due to light reflection and absorption by the conducting glass, the conversion of photons to electric current is practically quantitative in the plateau region of the curves. The incident photon to current conversion efficiency(IPCE) of N3 used as a dye in this work is about 80% at around 590nm and 610nm which is the emission spectrum of Eu doped LGF. The Eu doped LGF powder was prepared by conventional ceramic process, and used as a down converter for DSC after spin coated on the slide glass and fired.
Sputter deposition on a Pt counter electrode was studied using radio frequency (RF) plasma as the improvement of incident photon to current conversion efficiency (IPCE) for dye-sensitized solar cells (DSCs). Effects of the sputtering thickness and the incident angle on a Pt counter electrode for DSCs were investigated. Experiments to get the optimal sputtering time for the performance of the DSCs were carried out. And it is found that the optimized sputtering time was 120 seconds, in addition, the incident angles of the substrate was adjusted from $0^{\circ}$ to $60^{\circ}$. The maximum efficiency of 5.37% was obtained at the incident angle of $40^{\circ}$ with an active cell area of $1cm^2$.
Six metal-free organic dyes having thiophene (1), benzene-thiophene (2), thiophene-benzene (3), thiophene-pyridine(4), thiophene-thiophene (5), and pyridine (6) linkers between 9,9-dimethylfluorenyl terminal group and $\alpha$-cyanoacrylic acid anchor were synthesized. Among them, organic dye 5 showed the longest ${\lambda}}max$ value (424 nm) in UV-Vis absorption spectrum, better incident monochromatic photon-to-current conversion efficiency (IPCE), highest short circuit photocurrent density (JSC, 9.33 mA2/cm2), and highest overall conversion efficiency ($\eta$, 3.91%).
It is known that a pulse of electrons of high kinetic energy (1-3 eV) in metals can be generated with the deposition of external energy to the surface such as in the absorption of light or in exothermic chemical processes. These energetic electrons are not in thermal equilibrium with the metal atoms and are called "hot electrons" The concept of photon energy conversion to hot electron flow was suggested by Eric McFarland and Tang who directly measured the photocurrent on gold thin film of metal-semiconductor ($TiO_2$) Schottky diodes [1]. In order to utilize this scheme, we have fabricated metal-semiconductor Schottky diodes that are made of Pt or Au as a metallic layer, Si or $TiO_2$ as a semiconducting substrate. The Pt/$TiO_2$ and Pt/Si Schottky diodes are made by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) for $SiO_2$, magnetron sputtering process for $TiO_2$, e-beam evaporation for metallic layers. Metal shadow mask is made for device alignment in device fabrication process. We measured photocurrent on Pt/n-Si diodes under AM1.5G. The incident photon to current conversion efficiency (IPCE) at different wavelengths was measured on the diodes. We also show that the steady-state flow of hot electrons generated from photon absorption can be directly probed with $Pt/TiO_2$ Schottky diodes [2]. We will discuss possible approaches to improve the efficiency of photon energy conversion.
Down-conversion of Eu$^{3+}$ doped LiGdF$_4$ (LGF) for increasing the cell efficiency on dye-sensitized Ti $O_2$ solar cells has been studied. The dye sensitized solar cell (DSC) consisting of mesoporous Ti $O_2$ electrode deposited on transparent substrate, an electrolyte containing I$^{[-10]}$ /I$_3$$^{[-10]}$ redox couple, and Pt counter electrode is a promising alternative to the inorganic solar cell. The structure of DSC is basically a sandwich type, viz., FTO glass/Ru-red dye-absorbed Ti $O_2$/iodine electrolyte/sputtered Pt/FTO glass. The cell without down converter had open circuit potential of approximately 0.66 Volt, the short circuit photocurrent density of 1.632 mA/$\textrm{cm}^2$, and fill factor of about 50 % at the excitation wavelength of 550 nm. In addition, 5.6 mW/$\textrm{cm}^2$ incident light intensity beam was used as a light source. From this result, the calculated monochromatic efficiency at the wavelength of 550 nm of this cell was about 9.62 %. The incident photon to current conversion efficiency (IPCE) of N3 used as a dye in this work is about 80 % at around 590 nm and 610 nm, which is the emission spectrum of Eu$^{3+}$ doped LGF, results in efficiency increasing of DSC.C.
Nanosized TiO2 has been widely investigated in photoelectrochemical or photocatalytic applications due to their intrinsic properties such as suitable band position, high photocorrosion resistance, and surface area. In this study, to achieve the high efficiency in photoelectrochemical and photocatalytic performance, TiO2 nanotubular structures were formed by anodization at various temperatures and times. The morphological and crystal structure of the anodized TiO2 nanotubes (NTs) were characterized by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The photoelectrochemical (PEC) properties and incident photon-to-current conversion efficiency (IPCE) of the TiO2 NTs were studied with different lengths and morphologies. From the detailed investigations, the optimum thickness of TiO2 nanotubes was 3 ㎛. Moreover, we found that the optimum photocatalytic pollutant removal efficiency of TiO2 nanotubes for photodegradation of Rhodamine B (RhB) under simulated solar light was 5.34 ㎛ of tube length.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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