Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tiến bộ trong phát triển tế bào năng lượng mặt trời màng mỏng có khoảng cách bậc lớp với vật liệu được điện phân
Tóm tắt
Các thiết bị quang điện được phát triển chủ yếu dựa trên cấu trúc thiết bị loại p–n hoặc p–i–n, và các thiết bị này chỉ có thể sử dụng một phần của phổ tia sáng mặt trời. Để cải thiện thêm các thông số của thiết bị và hướng tới các tế bào năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo có chi phí thấp và hiệu suất cao, cần thiết kế và phát triển các kiến trúc thiết bị có khả năng thu thập tất cả các photon có sẵn. Một trong những kiến trúc như vậy là cấu trúc thiết bị có khoảng cách bậc hoàn toàn, được đề xuất gần đây dựa trên cả lớp cửa sổ loại n và loại p. Những thiết kế này đã được thử nghiệm thực nghiệm sử dụng hệ thống GaAs/AlGaAs đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, cho ra các thông số thiết bị ấn tượng như điện áp hở mạch ~1175 mV và hệ số lấp đầy ~0.85. Các thiết bị cũng đã được thử nghiệm thực nghiệm để chứng minh hiệu ứng quang điện tạp chất và điện hóa ion ảnh hưởng xảy ra trong cùng một thiết bị. Vì những cấu trúc này đã được chứng minh thực nghiệm với một chất bán dẫn đã được thiết lập vững chắc, nỗ lực đã tập trung vào việc phát triển các thiết bị này sử dụng các chất bán dẫn được điện phân chi phí thấp và có thể mở rộng, nhằm giảm thiểu chi phí sản xuất. Bài báo này đánh giá và tổng hợp công việc đã thực hiện trong suốt thập kỷ qua về chủ đề này. Các thiết bị có khoảng cách bậc được sản xuất chỉ bằng hai hoặc ba lớp bán dẫn điện phân đã được khám phá và hiệu suất chuyển đổi của chúng đã tăng dần từ 10.0%, lên 12.8–15.3% cho các cấu trúc khác nhau. Trong khi công việc đang tiến triển theo hướng này, bài báo tổng hợp các thành tựu đạt được tính đến thời điểm hiện tại.
Từ khóa
#quang điện #khoảng cách bậc #tế bào năng lượng mặt trời #vật liệu điện phân #hiệu suất chuyển đổiTài liệu tham khảo
M. Wolf, Limitations and possibilities for improvement of photovoltaic solar energy converters: Part I: Considerations for earth’s surface operation. Proc. IRE 48(7), 1246–1263 (1960)
K.W.J. Barnham, G. Duggan, A new approach to high-efficiency multi-band-gap solar cells. J. Appl. Phys. 67(7), 3490–3493 (1990)
T. Trupke, M.A. Green, P. Würfel, Improving solar cell efficiencies by down-conversion of high-energy photons. J. Appl. Phys. (2002). doi: 10.1063/1.1492021
Y. Y. Lee, W. J. Ho, Y. T. Chen, Performance of plasmonic silicon solar cells using indium nanoparticles deposited on a patterned TiO2 matrix. Thin Solid Films 570, 194–199, (2014)
Y. Takeda, T. Motohiro, Highly efficient solar cells using hot carriers generated by two-step excitation. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95(9), 2638–2644 (2011)
J.F. Geisz, D.J. Friedman, J.S. Ward, A. Duda, W.J. Olavarria, T.E. Moriarty, J.T. Kiehl, M.J. Romero, A.G. Norman, K.M. Jones, 40.8% efficient inverted triple-junction solar cell with two independently metamorphic junctions. Appl. Phys. Lett. (2008). doi: 10.1063/1.2988497
A.B.F. Martinson, M.S. Góes, F. Fabregat-Santiago, J. Bisquert, M.J. Pellin, J.T. Hupp, Electron transport in dye-sensitized solar cells based on zno nanotubes: evidence for highly efficient charge collection and exceptionally rapid dynamics. J. Phys. Chem. A 113(16), 4015–4021 (2009)
I.M. Dharmadasa, J.S. Roberts, G. Hill, Third generation multi-layer graded band gap solar cells for achieving high conversion efficiencies - II: Experimental results. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 88(4), 413–422 (2005)
T. Stelzner, M. Pietsch, G. Andrä, F. Falk, E. Ose, S. Christiansen, Silicon nanowire-based solar cells. Nanotechnology 19(29), 295203 (2008)
I.M. Dharmadasa, Third generation multi-layer tandem solar cells for achieving high conversion efficiencies. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 85(2), 293–300 (2005)
I.M. Dharmadasa, A.A. Ojo, H.I. Salim, R. Dharmadasa, Next generation solar cells based on graded bandgap device structures utilising rod-type nano-materials. Energies 8(6), 5440–5458 (2015)
I.M. Dharmadasa, O. Elsherif, G.J. Tolan, Solar cells active in complete darkness. J. Phys. Conf. Ser. 286, 12041 (2011)
W. Shockley, H.J. Queisser, Detailed balance limit of efficiency of p–n junction solar cells. J. Appl. Phys. 32(3), 510 (1961)
M.P.R. Panicker, M. Knaster, F.A. Kroger, Cathodic deposition of CdTe from aqueous electrolytes. J. Electrochem. Soc. 125(4), 566 (1978)
O.K. Echendu, K.B. Okeoma, C.I. Oriaku, I.M. Dharmadasa, Electrochemical deposition of CdTe semiconductor thin films for solar cell application using two-electrode and three-electrode configurations: a comparative study. Adv. Mater. Sci. Eng. 2016, 1–8 (2016)
I.M. Dharmadasa, J. Haigh, Strengths and advantages of electrodeposition as a semiconductor growth technique for applications in macroelectronic devices. J. Electrochem. Soc. 153(1), G47 (2006)
S. Bonilla, E.A. Dalchiele, Electrochemical deposition and characterization of cdte polycrystalline thin films. Thin Solid Films 204, 307–403 (1991)
O.K. Echendu, A.R. Weerasinghe, D.G. Diso, F. Fauzi, I.M. Dharmadasa, Characterization of n-type and p-type ZnS thin layers grown by an electrochemical method. J. Electron. Mater. 42(4), 692–700 (2013)
M.L. Madugu, O.I.-O. Olusola, O.K. Echendu, B. Kadem, I.M. Dharmadasa, Intrinsic doping in electrodeposited ZnS Thin films for application in large-area optoelectronic devices. J. Electron. Mater. (2016). doi: 10.1007/s11664-015-4310-7
M.L. Madugu, L. Bowen, O.K. Echendu, I.M. Dharmadasa, Preparation of indium selenide thin film by electrochemical technique. J. Mater. Sci. 25, 3977–3983 (2014)
O.I. Olusola, M.L. Madugu, N.A. Abdul-Manaf, I.M. Dharmadasa, Growth and characterisation of n- and p-type ZnTe thin films for applications in electronic devices. Curr. Appl. Phys. 16(2), 120–130 (2016)
O. I. Olusola, V. Patel, I. M. Dharmadasa, Optimisation of pH for electrodeposition of n-CdSe thin films for applications in photovoltaic devices, EUPVSEC 2014 Conf. Proc. 2016, 1852–1856 (2014)
O.I. Olusola, O.K. Echendu, I.M. Dharmadasa, Development of CdSe thin films for application in electronic devices. J. Mater. Sci. 26(2), 1066–1076 (2014)
N.A. Abdul-Manaf, A.R. Weerasinghe, O.K. Echendu, I.M. Dharmadasa, Electro-plating and characterisation of cadmium sulphide thin films using ammonium thiosulphate as the sulphur source. J. Mater. Sci. 26(4), 2418–2429 (2015)
H.I. Salim, O.I. Olusola, A.A.A. Ojo, K.A. Urasov, M.B. Dergacheva, I.M. Dharmadasa, Electrodeposition and characterisation of CdS thin films using thiourea precursor for application in solar cells. J. Mater. Sci. 27(7), 6786–6799 (2016)
A.A. Ojo, I.M. Dharmadasa, Investigation of electronic quality of electrodeposited cadmium sulphide layers from thiourea precursor for use in large area electronics. Mater. Chem. Phys. 180, 14–28 (2016)
N. Abdul-Manaf, H. Salim, M. Madugu, O. Olusola, I. Dharmadasa, Electro-plating and characterisation of CdTe thin films using CdCl2 as the cadmium source. Energies 8(10), 10883–10903 (2015)
H.I. Salim, V. Patel, A. Abbas, J.M. Walls, I.M. Dharmadasa, Electrodeposition of CdTe thin films using nitrate precursor for applications in solar cells. J. Mater. Sci. 26(5), 3119–3128 (2015)
O. Echendu, I. Dharmadasa, Graded-bandgap solar cells using all-electrodeposited ZnS, CdS and CdTe thin-films. Energies 8(5), 4416–4435 (2015)
I.M. Dharmadasa, Recent developments and progress on electrical contacts to CdTe, CdS and ZnSe with special reference to barrier contacts to CdTe. Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. 36(4), 249–290 (1998)
O.K. Echendu, I.M. Dharmadasa, Effects of thickness and annealing on optoelectronic properties of electrodeposited ZnS thin films for photonic device applications”. J. Electron. Mater. 43(3), 791–801 (2013)
O.K. Echendu, U.S. Mbamara, K.B. Okeoma, C. Iroegbu, C.A. Madu, I.C. Ndukwe, I.M. Dharmadasa, Effects of deposition time and post-deposition annealing on the physical and chemical properties of electrodeposited CdS thin films for solar cell application. J. Mater. Sci. 27(10), 10180–10191 (2016)
I.M. Dharmadasa, Review of the CdCl2 treatment used in CdS/CdTe thin film solar cell development and new evidence towards improved understanding. Coatings 4(2), 282–307 (2014)
I.M. Dharmadasa, C.J. Blomfield, C.G. Scott, R. Coratger, F. Ajustron, J. Beauvillain, Metal/n-CdTe interfaces†¯: a study of electrical contacts by deep level transient spectroscopy. Solid State Electron 42(4), 1–10 (1998)
O.K. Echendu, F. Fauzi, A.R. Weerasinghe, I.M. Dharmadasa, High short-circuit current density CdTe solar cells using all-electrodeposited semiconductors. Thin Solid Films 556, 529–534 (2014)
A. de Vos, Detailed balance limit of the efficiency of tandem solar cells. J. Phys. D. Appl. Phys. 13(5),.839–846 (2000)
B.M. Basol, B. McCandless, Brief review of cadmium telluride-based photovoltaic technologies. J. Photonics Energy 4, 40996 (2014)
M. Gloeckler, I. Sankin, Z. Zhao, CdTe solar cells at the threshold to 20% efficiency. IEEE J. Photovoltaics 3(4), 1389–1393 (2013)
O.I. Olusola, Optoelectronic devices based on graded bandgap structures utilising electroplated semiconductors Sheffield Hallam University, 2016
R. Lozada-Morales, O. Zelaya-Angel, “Photoluminescence analysis of CdS thin films under phase transition. Thin Solid Films 281–282(1–2), 386–389 (1996)
J. E. Granata, J. R. Sites, Effect of CdS thickness on CdS/CdTe quantum efficiency. Conf. Rec. Twenty Fifth IEEE Photovolt. Spec. Conf. 1996, 853–856 (2000)
N. Romeo, A. Bosio, V. Canevari, A. Podestà, Recent progress on CdTe/CdS thin film solar cells. Sol. Energy 77(6), 795–801 (2004)
O.I. Olusola, H.I. Salim, I.M. Dharmadasa, One-sided rectifying p–n junction diodes fabricated from n-CdS and p-ZnTe:Te semiconductors. Mater. Res. Express 3(9), 95904 (2016)
I.M. Dharmadasa, R.P. Burton, M. Simmonds, Electrodeposition of CuInSe2 layers using a two-electrode system for applications in multi-layer graded bandgap solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90(15), 2191–2200 (2006)
E.S.M. Goh, T.P. Chen, C.Q. Sun, Y.C. Liu, Thickness effect on the band gap and optical properties of germanium thin films. J. Appl. Phys 107(2), 24305 (2010)
M. Ben Rabeh, N. Khedmi, M. A. Fodha, M. Kanzari, The effect of thickness on optical band gap and N-type conductivity of CuInS2 thin films annealed in air atmosphere. Energy Procedia 44, 52–60 (2014)
A.A. Ojo, H.I. Salim, O.I. Olusola, M.L. Madugu, I.M. Dharmadasa, Effect of thickness: a case study of electrodeposited CdS in CdS/CdTe based photovoltaic devices. J. Mater. Sci. (2016). Doi: 10.1007/s10854-016-5916-0
I.M. Dharmadasa, Advances in thin-film solar cells. (Pan Stanford, Singapore, 2013)
A.A. Ojo, I.M. Dharmadasa, 15.3% efficient graded bandgap solar cells fabricated using electroplated CdS and CdTe thin films. Sol. Energy 136, 10–14 (2016)
M.L. Madugu, Processing of Semiconductors and Thin Film Solar Cells Using Electroplating Sheffield Hallam University, 2016