Cho, Young Joon;Lee, Dong Won;Cho, Jun Sik;Chang, Hyo Sik
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.8
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pp.505-509
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2016
We have investigated the characteristics of amorphous silicon (a-Si) thin-film solar cell by inserting barrier layer. The conversion efficiency of a-Si thin-film solar cells on graphite substrate shows nearly zero because of the surface roughness of the graphite substrate. To enhance the performance of solar cells, the surface morphology of the back side were modified by changing the barrier layer on graphite. The surface roughness of graphite substrate with the barrier layer grown by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reduced from ~2 um to ~75 nm. In this study, the combination of the barrier layer on graphite substrate is important to increase solar cell efficiency. We achieved ~ 7.8% cell efficiency for an a-Si thin-film solar cell on graphite substrate with SiNx/SiOx stack barrier layer.
In this study, we inserted a Zn buffer layer into a AZO/p-type a-si:H layer interface in order to lower the contact resistance of the interface. For the Zn layer, the deposition was conducted at 5 nm, 7 nm and 10 nm using the rf-magnetron sputtering method. The results were compared to that of the AZO film to discuss the possibility of the Zn layer being used as a transparent conductive oxide thin film for application in the silicon heterojunction solar cell. We used the rf-magnetron sputtering method to fabricate Al 2 wt.% of Al-doped ZnO (AZO) film as a transparent conductive oxide (TCO). We analyzed the electro-optical properties of the ZnO as well as the interface properties of the AZO/p-type a-Si:H layer. After inserting a buffer layer into the AZO/p-type a-Si:H layers to enhance the interface properties, we measured the contact resistance of the layers using a CTLM (circular transmission line model) pattern, the depth profile of the layers using AES (auger electron spectroscopy), and the changes in the properties of the AZO thin film through heat treatment. We investigated the effects of the interface properties of the AZO/p-type a-Si:H layer on the characteristics of silicon heterojunction solar cells and the way to improve the interface properties. When depositing AZO thin film on a-Si layer, oxygen atoms are diffused from the AZO thin film towards the a-Si layer. Thus, the characteristics of the solar cells deteriorate due to the created oxide film. While a diffusion of Zn occurs toward the a-Si in the case of AZO used as TCO, the diffusion of In occurs toward a-Si in the case of ITO used as TCO.
In this study, SiNx and Al2O3 thin film was manufactured using PECVD deposition process and applied to crystalline silicon solar cells, resulting in 16.7% conversion efficiency. The structural improvement experiment of the rear electrode resulted in a 1.7% improvement in conversion efficiency compared to the reference cell by reducing the recombination rate of minority carriers and increasing the carrier lifetime by forming a passivation layer consisting of SiNx and Al2O3 thin films through the PECVD process.
Hydrogenated microcrystalline silicon (${\mu}c$-Si:H) thin film for solar cells is prepared by plasma-enhanced chemical vapor deposition and physical properties of the ${\mu}c$-Si:H p-layer has been investigated. With respect to stable efficiency, this film is expected to surpass the performance of conventional amorphous silicon based solar cells and very soon be a close competitor to other thin film photovoltaic materials. Silicon in various structural forms has a direct effect on the efficiency of solar cell devices with different electron mobility and photon conversion. A Raman microscope is adopted to study the degree of crystallinity of Si film by analyzing the integrated intensity peaks at 480, 510 and $520\;cm^{-1}$, which corresponds to the amorphous phase (a-Si:H), microcrystalline (${\mu}c$-Si:H) and large crystals (c-Si), respectively. The crystal volume fraction is calculated from the ratio of the crystalline and the amorphous phase. The results are compared with high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) for the determination of crystallinity factor. Optical properties such as refractive index, extinction coefficient, and band gap are studied with reflectance spectra.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.5
no.1
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pp.67-77
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1995
Abstract The principal factor affecting the increased penetration of photovoltaics into the marketplace is cost. For traditional crystalline silicon modules, half of the cost is that of the silicon wafers. As a result much effort has centered on reducing this cost by the use of thin film technologies. Substantial technical progress has been made towards improving the efficiencies of polycrystalline thin film solar cells to reduce the production costs. Progress in semiconductor deposition techniques has also been rapid. The most mature of these are based on polycrystalline silicon (p - Si), amorphous silicon (a - Si), copper indium diselenide $SuInSe_2$(CIS), and cadmium telluride (CdTe). This paper explores the recent advances in the development of polycrystalline thin film solar cells.
For use of superstrate thin-film solar cells, surface texture of the transparent conductive oxide (TCO) has been used to enhance short-circuit currents by increasing light trapping into the cell. ZnO:Al films were deposited by using DC magnetron sputtering on glass substrates with ceramic (ZnO:$Al_2O_3$) target. The as-deposited TCO before texturing exhibited high transparencies (T > 85% for visible light including all reflection losses) and excellent electrical properties ($r=3-6{\times}10^{-4}{\Omega}.cm$). The optical and electrical properties of the TCO are influenced by the texturing conditions such as not only etchant dilutions but also etching time. We obtained the haze value of 14-16 resulting in increase in light trapping and short-circuit currents also.
CIGS solar cells are thin film solar cells that have excellent light absorption coefficient and can be manufactured with high efficiency through the use of low materials. In Korea, they must pass KS certification for home and commercial installation. KS C 8562 is a standard for evaluating the durability of CIGS and thin film amorphous silicon solar modules and deals with contents such as light, temperature, humidity, and mechanical durability. Unlike general crystalline silicon solar modules, the CIGS solar module has a different behavior of output change through these environmental tests, so if it shows 90% or more of the rated output suggested by the manufacturer after the final test, it is judged to be a suitable product. In this paper, the output before and after individual tests was measured through the test method of KS C 8562 to observe the output change and to discover the vulnerabilities of the CIGS solar module when exposed to various environments. Through this, it was confirmed that humidity exposure was the most vulnerable and that it had output recovery characteristics for light (visible light and ultraviolet rays). This study attempted to present the output behavior characteristics and data of the CIGS module at the time when the high efficiency thin film photovoltaic module market is expected to be created in the future.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.10
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pp.1694-1696
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2016
Present thin film solar cells with hydrogenated amorphous silicon oxide (a-SiO:H) as an absorber suffer from low fill factor(FF) of 61~64 [%] in spite of its benefits related to high open circuit voltage ($V_{oc}$). Since degraded quality of a-SiO:H absorber by alloying with oxygen can affect the FF, we aimed to achieve high photosensitivity by minimizing $CO_2$ gas addition. Improving optical gap($E_{opt}$) has been attained by strong hydrogen dilution combined with lowering substrate temperature down to 100 [$^{\circ}C$]. Small amount of the $CO_2$ was added in order to disturb microcrystalline formation by high hydrogen dilution. The developed a-SiO:H has high photosensitivity (${\sim}2{\times}10^5$) and high $E_{opt}$ of 1.85 [eV], which contributed to attain remarkable FF of 74 [%] and high $V_{oc}$ (>1 [V]). As a result, high power conversion efficiency of 7.18 [%] was demonstrated by using very thin absorber layer of only 100 [nm], even though we processed all experiment at extremely low temperature of 100 [$^{\circ}C$].
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.3
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pp.337-344
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2024
This work focuses on improving the light-harvesting efficiency of thin-film silicon solar cells through innovative multi-architecture surface modifications. To create a regular optical structure, a lithographic process was performed to form it on a glass substrate through various etching processes, from Etch-1 to Etch-3. AZO was deposited on top of the structures and re-etched to create a multi-architectural surface. These surface-modified structures improved the light absorption and overall performance of the solar cell through changes in optical and physical properties, which we will analyze. In addition, we investigated the effect of post-cleaning on the etched glass structures through EDX analysis to understand the mechanism of the etching action. The results of this study are expected to provide important guidelines for the design and fabrication of solar cells and other photovoltaic devices.
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