In this study, we demonstrate a hyb

In this study, we demonstrate a hybrid solar cell composed of periodic Si nanocones and PEDOT:PSS. The nanocone structure with an aspect ratio (height/diameter of a nanocone)
less than two was an optimized shape for the light absorption enhancement because it provided both excellent antireflection (for short wavelengths of light) and light scattering (for long
wavelengths of light) effects. Additionally, this tapered structure allowed for conformal polymer surface coverage via spincoating. The improved optical properties resulted in a very high short-circuit current density, 35.6 mA/cm2, which is only 17% lower than the world record for a monocrystalline silicon cell, 42.7 mA/cm2.21 Figure 1 shows a schematic representation of
the fabrication process and scanning electron microscope (SEM) images of the Si nanocone/PEDOT:PSS solar cell at various stages. The Si nanocones used in this study were
fabricated by nanosphere lithography.22 First, SiO2 nanoparticles synthesized by a modified Stober process23 were deposited as a monolayer on a n-type Si substrate with a thickness of 500 μm. Various methods to make a monolayer of nanoparticles on a Si substrate have been developed,24−27 and we used Langmuir−Blodgett assembly in this study because it provides the most uniform coverage over large areas. Oxygen (O2) and trifluoromethane (CHF3) plasmas were used to reduce the SiO2 nanoparticle diameter, followed by chlorine (Cl2) and hydrogen bromide (HBr) plasma etching for the pattern transfer into the Si substrate.25 Figure 1b is a SEM
image of Si nanocones fabricated with 400 nm diameter SiO2 nanoparticles. After the nanocone fabrication, the Si substrate was cleaned with piranha solution for 20 min and hydrofluoric
(HF) acid (2%) for 1 min. In particular, the HF acid cleaning step is critical because it removes any native SiO2 layer on top of the Si and any residue of SiO2 nanoparticles which might be left after etching. Immediately after the HF cleaning and drying steps, the polymer, PEDOT:PSS, was deposited by spin-coating (4000 rpm, 1 min) in air. As shown in the SEM image (Figure1c), the polymer deposited by the spin-coating method formed a conformal film with a thickness of ∼60 nm over the Si nanocone structure. This result demonstrates one big advantage
of the hybrid Si nanocone/polymer solar cell. Because of theconformal coating of PEDOT:PSS over the Si nanocones, other intermediate organic materials are not needed for full coverage. Although the polymer, PEDOT:PSS, is conductive enough to make a Schottky junction to separate light-generated charge carriers from the Si substrate, it is not conductive enough to be
used as a top electrode. We used a finger-grid thin film of gold (Au) as a top electrode (Figure 1d). The width of each finger was 80 μm, and the spacing between fingers was 450 μm.
Figure 2a shows the current density−voltage (J−V) characteristics of the four devices: Si planar/PEDOT:PSS, Si planar/PEDOT:PSS with a Au finger grid, Si nanocone/PEDOT:PSS, and Si nanocone/PEDOT:PSS with a Au finger grid. They were measured under air mass (AM) 1.5
illumination with a power of 100 mW/cm2, and the parameters are summarized in Table 1. The short-circuit current density (JSC) increased by 52.1% from the planar to nanocone solar cell,
which is consistent with the improved external quantum efficiency (EQE) of these devices (Figure 2b). The EQE of the nanocone device is above 80% over a wide wavelength range
between 400 and 950 nm, but the planar device has a maximum EQE of 72% at 500 nm and a severe decrease from 500 to 1000 nm. We attribute the large improvement at longer wavelengths
to the antireflection effect from the nanocones, which is not sensitive to the wavelength of the incoming light.28 The nanocone structure led to a 7.3% decrease in open-circuit
voltage (VOC), which can be explained by the increased interface area between the polymer and Si. Even though the conformal coating of the polymer can provide some surface passivation,17,29 increased interface area due to the nanoscale texturing will still lead to some increased recombination. The Au grid (30 nm thick) deposited by e-beam evaporation on the nanocone device decreased the light absorption due to shadowing losses, especially, in the range of 400−500 nm
wavelengths, but it improved the fill factor (FF) by 51.6% due to a decrease in series resistance from 4.55 to 0.83 Ω·cm2. The change of the shunt resistance was not significant (from 1652 to 1776 Ω·cm2).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ในการศึกษานี้ เราสาธิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสานประกอบด้วยเป็นครั้งคราวใน nanocones และ PEDOT:PSS โครงสร้าง nanocone ที่ มีอัตราส่วนกว้างยาว (ความสูง/เส้นผ่าศูนย์กลางของการ nanocone)น้อยกว่า 2 ไม่เป็นรูปร่างให้เหมาะสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซึมแสงเนื่องจากให้ antireflection ดี (สำหรับความยาวคลื่นสั้นของแสง) และแสงที่ไปกระทบ (นานผลกระทบของความยาวคลื่นของแสง) นอกจากนี้ นี้เรียวโครงสร้างพอลิเมอร์ conformal คลุมผิวผ่าน spincoating ได้ คุณสมบัติแสงดีขึ้นให้สูงมากลัดวงจรปัจจุบันความหนาแน่น mA 35.6/cm2 ซึ่งเป็นเพียง 17% ที่ต่ำกว่าสถิติโลกสำหรับเซลล์ monocrystalline ซิลิคอน mA 42.7 cm2.21 รูปที่ 1 แสดงการแสดงแผนผังวงจรของกระบวนการผลิตและการสแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM) ภาพของ nanocone ศรี / เซลล์แสงอาทิตย์ PEDOT:PSS ในขั้นตอนต่าง ๆ Nanocones สีที่ใช้ในการศึกษานี้ได้หลังสร้าง โดย nanosphere lithography.22 ก่อน เก็บกัก SiO2 ที่สังเคราะห์ โดย process23 Stober แก้ไขได้ฝากเป็น monolayer บนกับชนิด n ในพื้นผิว มีความหนาของ 500 μm ได้รับการพัฒนาวิธีการต่าง ๆ ให้เป็น monolayer เก็บกักบนกับพื้นผิวศรี 24−27 และเราใช้แอสเซมบลี Langmuir−Blodgett ในการศึกษานี้เนื่องจากมันมีความครอบคลุมมากที่สุดรูปพื้นที่ขนาดใหญ่ ออกซิเจน (O2) และ plasmas trifluoromethane (CHF3) ใช้ในการลดขนาดของ nanoparticle SiO2 ตาม ด้วยคลอรีน (Cl2) และพลาสม่าไฮโดรเจนโบรไมด์ (HBr) แกะสลักสำหรับการโอนย้ายรูปแบบเป็น substrate.25 ในรูปที่ 1b เป็นการ SEMภาพของซี nanocones หลังสร้าง ด้วยเส้นผ่าศูนย์กลาง 400 nm เก็บกัก SiO2 หลังจากประดิษฐ์ nanocone พื้นผิวซีถูกล้าง ด้วยโซลูชั่นปลาปิรันยา 20 นาทีและไฮโดรฟลูออริกกรด (HF) (2%) ใน 1 นาที โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ขั้นตอนทำความสะอาดกรด HF มีความสำคัญเนื่องจากมันเอาชั้น SiO2 ใด ๆ ดั้งเดิมบนระบบเอสไอและสารตกค้างใด ๆ ของเก็บกัก SiO2 ซึ่งอาจเหลือหลังจากกัด ทันทีหลังจาก HF ทำความสะอาด และการอบแห้งขั้นตอน พอลิเมอร์ PEDOT:PSS ถูกจัดส่ง โดยการหมุนเคลือบ (4000 รอบต่อนาที 1 นาที) ในอากาศ ดังแสดงในรูป SEM (Figure1c), พอลิเมอร์การฝากเงิน โดยวิธีหมุนเคลือบรูปแบบฟิล์ม conformal มีความหนาของ ∼60 nm ผ่านโครงสร้าง nanocone ศรี ผลนี้แสดงให้เห็นถึงข้อดีหนึ่งของเซลล์แสงอาทิตย์ nanocone/พอ ลิเมอร์ของศรีไฮบริด เนื่องจากเคลือบ theconformal ของ PEDOT:PSS ผ่าน nanocones ศรี วัสดุอินทรีย์อื่น ๆ กลางไม่จำเป็นสำหรับความคุ้มครองเต็ม แม้ว่าพอลิเมอร์ PEDOT:PSS ไฟฟ้าพอให้ Schottky ชุมทางแยกสายการบินค่าธรรมเนียมที่สร้างแสงจากพื้นผิวศรี ไม่ไฟฟ้าเพียงพอที่จะใช้เป็นอิเล็กโทรดที่สุด เราใช้ฟิล์มบางตารางนิ้วทองคำ (Au) เป็นอิเล็กโทรดด้านบน (รูปที่ 1 d) ความกว้างของนิ้วแต่ละ 80 μm และ 450 μm มีระยะห่างระหว่างมือรูป 2a แสดง density−voltage ปัจจุบัน (J−V) ลักษณะของอุปกรณ์สี่: ในระนาบ / PEDOT:PSS ศรีระนาบ / PEDOT:PSS กับ Au เป็นนิ้วมือเส้น ซี nanocone / PEDOT:PSS และ nanocone ศรี / PEDOT:PSS กับ Au เป็นนิ้วมือเส้น พวกเขาได้วัดใต้มวลอากาศ (AM) 1.5แสงสว่างกับกำลังของ 100 mW/cm2 และพารามิเตอร์ที่สรุปในตารางที่ 1 ในปัจจุบันความหนาแน่น (JSC) เพิ่มขึ้น 52.1% จากระนาบการ nanocone เซลล์แสงอาทิตย์ การลัดวงจรซึ่งจะสอดคล้องกับควอนตัมภายนอกปรับปรุงประสิทธิภาพ (EQE) อุปกรณ์เหล่านี้ (รูปที่ 2b) EQE nanocone อุปกรณ์เหนือ 80% เป็นช่วงความยาวคลื่นกว้างระหว่าง 400 และ 950 nm แต่ระนาบมี EQE สูงสุด 72% 500 nm และความรุนแรงลดลงจาก 500 กับ 1000 nm เรากำหนดปรับปรุงขนาดใหญ่ที่ความยาวคลื่นยาวลักษณะพิเศษ antireflection จาก nanocones ที่ไม่อ่อนไหวกับความยาวคลื่นของ light.28 เข้ากับ 7.3% โครงสร้าง nanocone ลดวงจรเปิดแรงดันไฟฟ้า (VOC), ซึ่งสามารถอธิบายตามพื้นที่เพิ่มอินเทอร์เฟซระหว่างพอลิเมอร์และซี แม้ว่าเคลือบ conformal ของพอลิเมอร์สามารถให้ passivation ผิวบาง 17, 29 ที่ตั้งอินเทอร์เฟซที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากคุณลักษณะ nanoscale จะยังคงทำ recombination บางอย่างเพิ่ม ตาราง Au (30 nm หนา) ฝาก โดยระเหยอีคานบน nanocone อุปกรณ์ลดการดูดซึมแสงเนื่องจากการทำแชโดว์ขาด โดยเฉพาะ ในช่วง 400−500 nmความยาวคลื่น ก็ปรับปรุงตัวเติม (FF) 51.6% เนื่องจากลดลงทนต่อชุดจาก 4.55 0.83 Ω·cm2 การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานทางเชื่อมโพรงไม่สำคัญ (จาก 1652 เพื่อ 1776 Ω·cm2)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ในการศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงเราเซลล์แสงอาทิตย์ไฮบริดประกอบด้วย nanocones ธาตุศรีและ PEDOT: PSS โครงสร้าง nanocone กับอัตราส่วน (ความสูง / เส้นผ่าศูนย์กลางของ nanocone)
น้อยกว่าสองเป็นรูปทรงที่เหมาะสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการดูดกลืนแสงเพราะมันให้ทั้งการสะท้อนที่ยอดเยี่ยม (สำหรับความยาวคลื่นสั้นของแสง) และกระเจิงแสง (นาน
ความยาวคลื่นของแสง) ผลกระทบ นอกจากนี้โครงสร้างเรียวได้รับอนุญาตสำหรับความคุ้มครองพื้นผิวโพลีเมอมาตราส่วนผ่าน spincoating คุณสมบัติทางแสงที่ดีขึ้นส่งผลให้ความหนาแน่นของการลัดวงจรในปัจจุบันสูงมาก 35.6 mA / cm2 ซึ่งเป็นเพียง 17% ต่ำกว่าสถิติโลกสำหรับมือถือซิลิกอน monocrystalline 42.7 mA / cm2.21 รูปที่ 1 แสดงแผนผังแสดง
กระบวนการผลิตและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ภาพศรี nanocone / PEDOT: PSS เซลล์แสงอาทิตย์ในขั้นตอนต่างๆ ศรี nanocones ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ได้รับการ
ประดิษฐ์โดย Nanosphere lithography.22 แรกนาโน SiO2 สังเคราะห์โดย Stober ดัดแปลง process23 วางเป็น monolayer ในชนิดเอ็นศรีพื้นผิวที่มีความหนา 500 ไมครอน วิธีการต่างๆที่จะทำให้ monolayer ของอนุภาคนาโนบนพื้นผิวศรีได้รับการพัฒนาและวันที่ 24-27 ที่เราใช้ในการประกอบ Langmuir-Blodgett ในการศึกษานี้เพราะมันให้ความคุ้มครองที่เหมือนกันมากที่สุดกว่าพื้นที่ขนาดใหญ่ ออกซิเจน (O2) และ trifluoromethane (CHF3) พลาสมาถูกนำมาใช้เพื่อลดขนาดอนุภาคนาโน SiO2 ตามด้วยคลอรีน (Cl2) และโบรไมด์ไฮโดรเจน (HBr) แกะสลักพลาสม่าสำหรับการถ่ายโอนรูปแบบเข้ารูปที่ 1b ศรี substrate.25 SEM เป็น
ภาพของ ศรี nanocones ประดิษฐ์ 400 นาโนเมตรเส้นผ่าศูนย์กลางอนุภาคนาโน SiO2 หลังจากที่การผลิต nanocone, พื้นผิวศรีได้รับการทำความสะอาดด้วยวิธีการแก้ปัญหาปิรันย่าเป็นเวลา 20 นาทีและ hydrofluoric
(HF) กรด (2%) เป็นเวลา 1 นาที โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรด HF ขั้นตอนการทำความสะอาดเป็นสิ่งสำคัญเพราะมันเอาชั้น SiO2 พื้นเมืองใด ๆ ที่ด้านบนของศรีและสารตกค้างใด ๆ ของอนุภาคนาโน SiO2 ที่อาจจะเหลือหลังจากการแกะสลัก ทันทีหลังจากที่ทำความสะอาด HF และขั้นตอนการอบแห้งลิเมอร์, PEDOT: PSS, ถูกวางโดยการหมุนเคลือบ (4000 รอบต่อนาที 1 นาที) ในอากาศ ดังแสดงในภาพ SEM (Figure1c) ลิเมอร์ที่ฝากโดยวิธีการหมุนเคลือบที่เกิดขึ้นฟิล์มมาตราส่วนที่มีความหนา ~60 นาโนเมตรเหนือศรีโครงสร้าง nanocone ผลที่ได้นี้แสดงให้เห็นถึงหนึ่งในข้อได้เปรียบใหญ่
ของไฮบริดศรี nanocone / เซลล์แสงอาทิตย์พอลิเมอ เพราะการเคลือบ theconformal PEDOT: PSS มากกว่า nanocones ศรีวัสดุอินทรีย์ขั้นกลางอื่น ๆ ที่ไม่จำเป็นสำหรับความคุ้มครองเต็มรูปแบบ แม้ว่าลิเมอร์, PEDOT: PSS เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะทำให้ชุมกีที่จะแยกแสงสร้างผู้ให้บริการค่าใช้จ่ายจากพื้นผิวศรีมันไม่ได้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากพอที่จะ
ใช้เป็นอิเล็กโทรด้านบน เราใช้นิ้วตารางฟิล์มบางทอง (Au) เป็นขั้วไฟฟ้าบน (รูปที่ 1 d) ความกว้างของนิ้วแต่ละนิ้วเป็น 80 ไมโครเมตรและระยะห่างระหว่างนิ้วมือเป็น 450 ไมโครเมตร.
รูปที่ 2a แสดงให้เห็นถึงความหนาแน่นของแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน (J-V) ลักษณะของสี่อุปกรณ์: Si ภาพถ่าย / PEDOT: PSS ศรีระนาบ / PEDOT: PSS ด้วยตารางนิ้ว Au ศรี nanocone / PEDOT: PSS และศรี nanocone / PEDOT: PSS ด้วยตารางนิ้ว Au พวกเขาได้รับภายใต้วัดมวลอากาศ (AM) 1.5
การส่องสว่างที่มีอำนาจจาก 100 mW / cm2 และพารามิเตอร์ได้สรุปไว้ในตารางที่ 1 การลัดวงจรความหนาแน่นกระแส (JSC) เพิ่มขึ้น 52.1% จากภาพถ่ายเพื่อ nanocone เซลล์แสงอาทิตย์
ซึ่งสอดคล้องกับควอนตัมที่มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นภายนอก (EQE) ของอุปกรณ์เหล่านี้ (รูปที่ 2b) EQE ของอุปกรณ์ nanocone อยู่เหนือ 80% ในช่วงความยาวคลื่นกว้าง
ระหว่าง 400 และ 950 นาโนเมตร แต่อุปกรณ์ระนาบมี EQE สูงสุด 72% ที่ 500 นาโนเมตรและลดลงอย่างรุนแรง 500-1,000 นาโนเมตร เราเชื่อดีขึ้นมากในช่วงความยาวคลื่นอีกต่อไป
ที่จะมีผลสะท้อนจาก nanocones ซึ่งไม่ได้มีความไวต่อความยาวคลื่นของ light.28 เข้าโครงสร้าง nanocone นำไปสู่การลดลง 7.3% ในการเปิดวงจร
แรงดันไฟฟ้า (VOC) ซึ่งสามารถ อธิบายได้ด้วยอินเตอร์เฟซที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่ระหว่างโพลิเมอร์และศรี แม้ว่าเคลือบมาตราส่วนของพอลิเมอสามารถให้พื้นผิวฟิล์มบางพื้นที่ 17,29 อินเตอร์เฟซที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากพื้นผิวนาโนจะยังคงนำไปสู่การรวมตัวกันอีกบางส่วนที่เพิ่มขึ้น ตาราง Au (30 นาโนเมตรหนา) ฝากโดยการระเหย E-คานบนอุปกรณ์ nanocone ลดลงดูดกลืนแสงเนื่องจากการสูญเสียเงาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 400-500 นาโนเมตร
ความยาวคลื่น แต่ก็ปรับตัวดีขึ้นปัจจัยที่เติม (FF) โดย 51.6 % เนื่องจากการลดลงของความต้านทานชุด 4.55-0.83 Ω· cm2 การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานปัดไม่ได้อย่างมีนัยสำคัญ (1652-1776 Ω· cm2)