Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.493-493
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2014
The manufacturing cost of thin-film photovoltics can potentially be lowered by minimizing the amount of a semiconductor material used to fabricate devices. Thin-film solar cells are typically only a few micrometers thick, whereas crystalline silicon (c-Si) wafer solar cells are $180{\sim}300\mu}m$ thick. As such, thin-film layers do not fully absorb incident light and their energy conversion efficiency is lower compared with that of c-Si wafer solar cells. Therefore, effective light trapping is required to realize commercially viable thin-film cells, particularly for indirect-band-gap semiconductors such as c-Si. An emerging method for light trapping in thin film solar cells is the use of metallic nanostructures that support surface plasmons. Plasmon-enhanced light absorption is shown to increase the cell photocurrent in many types of solar cells, specifically, in c-Si thin-film solar cells and in poly-Si thin film solar cell. By proper engineering of these structures, light can be concentrated and coupled into a thin semiconductor layer to increase light absorption. In many cases, silver (Ag) nanoparticles (NP) are formed either on the front surface or on the rear surface on the cells. In case of poly-Si thin film solar cells, Ag NPs are formed on the rear surface of the cells due to longer wavelengths are not perfectly absorbed in the active layer on the first path. In our cells, shorter wavelengths typically 300~500 nm are also not effectively absorbed. For this reason, a new concept of plasmonic nanostructure which is NPs formed both the front - and the rear - surface is worth testing. In this simulation Al NPs were located onto glass because Al has much lower parasitic absorption than other metal NPs. In case of Ag NP, it features parasitic absorption in the optical frequency range. On the other hand, Al NP, which is non-resonant metal NP, is characterized with a higher density of conduction electrons, resulting in highly negative dielectric permittivity. It makes them more suitable for the forward scattering configuration. In addition to this, Ag NP is located on the rear surface of the cell. Ag NPs showed good performance enhancement when they are located on the rear surface of our cells. In this simulation, Al NPs are located on glass and Ag NP is located on the rear Si surface. The structure for the simulation is shown in figure 1. Figure 2 shows FDTD-simulated absorption graphs of the proposed and reference structures. In the simulation, the front of the cell has Al NPs with 70 nm radius and 12.5% coverage; and the rear of the cell has Ag NPs with 157 nm in radius and 41.5% coverage. Such a structure shows better light absorption in 300~550 nm than that of the reference cell without any NPs and the structure with Ag NP on rear only. Therefore, it can be expected that enhanced light absorption of the structure with Al NP on front at 300~550 nm can contribute to the photocurrent enhancement.
The researches on the silicon-based thin films are being actively carried out. The silicon-based thin films can be made as amorphous, microcrystalline and mixed phase and it is known that the optical bandgap can be controlled accordingly. They are suitable materials for the fabrication of single junction, tandem and triple junction solar cells. It can be used as a doping layer through the bonding of boron and phosphorus. The carbon and oxygen can bond with silicon to form a wide range of optical gap. Also, The optical gap of hydrogenated amorphous silicon germanium can be lower than that of silicon. By controlling the optical gaps, it is possible to fabricate multi-junction thin film silicon solar cells with high efficiencies which can be promising photovoltaic devices.
High quality ZnO:Al films were prepared on glass substrates by in-line RF magnetron sputtering and their surface morphologies were modified by wet-etching process in dilute acid solution to improve optical properties for application to silicon thin film solar cells as front electrode. The as-deposited films show a strong preferred orientation in [001] direction under our experimental conditions. A low resistivity below $5{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$ and high optical transmittance above 80% in a visible range are achieved in the films deposited at optimized conditions. After wet-etching, the surface morphologies of the films are changed dramatically depending on the deposition conditions, especially working pressure. The optical properties such as total/diffuse transmittance, haze and angular resolved distribution of light are varied significantly with the surface morphology feature, whereas the electrical properties are seldom changed. The cell performances of silicon thin film solar cells fabricated on the textured films are also evaluated in detail with comparison of commercial $SnO_2$:F films.
In this paper, silicon thin-film solar cells(Si- TFSC) and a-Si/c-Si heterojunction solar cells(HJ-cell) are investigated. The Si-TFSC was prepared on glass substrate by depositing $1-3{\mu}m$ thin-film silicons by glow discharge method. The $a-Si:H/{\mu}c-Si:H$ tandem solar cells on textured ZnO:A1 TCO (transparent conducting oxide) showed improved Jsc in top and bottom cells than that on $SnO_2:F$ TCO. This enhancement of jsc resulted from improved light trapping effect by front textured ZnO:A1. The a-Si/c-Si HJ-cells with simple structure without high efficiency features are suffering from low Voc and Jsc. The improvement of front nip and back interface properties by adopting high quality silicon-films at low temperature should be done both for increasing device performances and production cost.
Iftiquar, Sk Md;Park, Jinjoo;Shin, Jonghoon;Jung, Junhee;Bong, Sungjae;Dao, Vinh Ai;Yi, Junsin
Current Photovoltaic Research
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v.2
no.2
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pp.41-47
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2014
Extensive investigation on silicon based thin film reveals a wide range of film characteristics, from low optical gap to high optical gap, from amorphous to micro-crystalline silicon etc. Fabrication of single junction, tandem and triple junction solar cell with suitable materials, indicate that fabrication of solar cell of a relatively moderate efficiency is possible with a better light induced stability. Due to these investigations, various competing materials like wide band gap silicon carbide and silicon oxide, low band gap micro-crystalline silicon and silicon germanium etc were also prepared and applied to the solar cells. Such a multi-junction solar cell can be a technologically promising photo-voltaic device, as the external quantum efficiency of such a cell covers a wider spectral range.
We investigated the MoS2 thin film layer by thermolytic deposition and applied it to the silicon solar cells. MoS2 thin films were made by two methods of dipping and spin coating of (NH4)2MoS4 precursor solution. We implemented two types of substrates of microtextured and nano-microtextured 6-in. Si pn junction wafers. The fabricated MoS2 thin film layer was analyzed, and solar cells were fabricated by applying the standard silicon solar cell process. The MoS2 thin film layer of sulfur-deficient form was deposited on the n-type emitter layer, and electrons, which are minority carriers, were well transported at the interface and exhibited photovoltaic solar cell characteristics. The cell efficiencies were achieved at 5% for microtextured wafers and 2.56% for nano-microtextured wafers.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.9
no.4
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pp.461-465
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2011
An aluminum doped zinc oxide (AZO) film for front contacts of thin film solar cells, in this work, were deposited by r.f. magnetron sputtering, and then etched in diluted hydrochloric acid solution for different times. Effects of surface texturing on the electro-optical properties of AZO films were investigated. Also, to clarify the light trapping of textured AZO film, amorphous silicon thin film solar cells were fabricated on the textured AZO/glass substrate and the performance of solar cells were studied. After texturing, the spectral haze at the visible range of 400 ~750 nm increased substantially with the etching time, without a change in the resistivity. The conversion efficiency of amorphous Si solar cells with textured AZO film as a front electrode was improved by the increase of short-circuit current density ($J_{sc}$), compared to cell with flat AZO films.
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.
Transactions of the Society of Information Storage Systems
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v.9
no.2
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pp.67-71
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2013
The fabrication method of plasmonic nanodots on silicon substrate has been developed to improve the efficiency of thin film solar cells. Nanoscale metallic nanodots arrays are fabricated by anodic aluminum oxide (AAO) template mask which can have different structural parameters by varying anodization conditions. In this paper, the structural parameters of gold nanodots, which can be controlled by the diverse structures of AAO template mask, are investigated to enhance the optical properties of a-Si thin film solar cells. It is found that optical properties of the thin film solar cells are improved by finding optimization values of the structural parameters of the gold nanodot array.
Park, Hyeongsik;Shin, Myunghoon;Ahn, Shihyun;Kim, Sunbo;Bong, Sungjae;Tuan, Anh Le;Hussain, S.Q.;Yi, Junsin
Current Photovoltaic Research
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v.2
no.3
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pp.95-102
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2014
Light trapping techniques can change the propagation direction of incident light and keep the light longer in the absorption layers of solar cells to enhance the power conversion efficiency. In thin film silicon (Si) solar cells, the thickness of absorption layer is generally not enough to absorb entire available photons because of short carrier life time, and light induced degradation effect, which can be compensated by the light trapping techniques. These techniques have been adopted as textured transparent conduction oxide (TCO) layers randomly or periodically textured, intermediate reflection layers of tandem and triple junction, and glass substrates etched by various patterning methods. We reviewed the light trapping techniques for thin film Si solar cells and mainly focused on the commercially available techniques applicable to textured TCO on patterned glass substrates. We described the characterization methods representing the light trapping effects, texturing of TCO and showed the results of multi-scale textured TCO on etched glass substrates. These methods can be used tandem and triple thin film Si solar cells to enhance photo-current and power conversion efficiency of long term stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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