1.IntroductionUltrathinsolarcellspr

1.

Introduction

Ultrathin

solar

cells

provide

an

effective

way

of

reducing

mate-

rial

usage,

utilizing

low

quality

material

and

realizing

diverse

like

flexible

applications

[1–3].

Along

with

fabrication

techniques

for

ultrathin

crystalline

silicon

(c-Si)

wafer

that

have

advanced

to

a

level

where

desired

thickness,

roughness

and

composition

can

be

readily

synthesized

by

etching

and

other

techniques

[4–6],

ultra-

thin

c-Si

based

solar

cells

especially

the

c-Si/polymer

hybrid

ones

have

attracted

a

lot

of

attention

[7–12].

This

is

because

such

c-

Si/polymer

solar

cell

is

much

suitable

to

realize

low

temperature

and

large

area

fabrication

as

it

does

not

require

a

complex

junction

fabrication

process

and

it

usually

has

simple

structures

[13,14].

It

has

been

reported

that

the

power

conversion

efficiency

(PCE)

of

ultrathin

c-Si/PEDOT:PSS

device

has

reached

6.6%

[13].

Where

Sharma

et

al

have

made

great

efforts

in

fabricating

light-trapping

structures,

including

silicon

pillars

on

the

front-surface

and

silver

particles

on

the

back-surface,

to

enhance

light

absorption.

Indeed,

the

photocurrent

density

of

devices

having

these

structures

is

dra-

matically

enhanced.

However,

these

complex

architectures

have

also

brought

about

abundant

energy

losses

(carrier

recombination)

∗ Corresponding

author.

Tel./fax:

+86

1061772951.

E-mail

address:

[e-mail]

(M.

Li).

due

to

the

increased

interface

defects.

Such

increased

energy

losses

can

be

reflected

by

the

fact

that,

the

ratio

of

the

measured

pho-

tocurrent

density

to

the

theoretical

limit

(R-M/T)

for

device

with

light-trapping

architectures

(51%,

18.50

to

36.51

mA

cm2)

is

much

lower

than

that

of

device

without

light-trapping

architectures

(76%,

15.06

to

19.94

mA

cm2)

[13].

Additionally,

the

light-trapping

struc-

tures

also

complicate

the

fabrication

process

thus

increasing

the

cost,

and

as

a

result

it

is

difficult

to

ensure

the

process

consistency.

From

the

above

considerations,

planar

ultrathin

solar

cells

are

more

suitable

for

practical

application.

In

this

work,

we

fabricate

simple

planar

c-Si/PEDOT:PSS

solar

cell

of

about

18

m

thickness,

which

has

good

flexibility.

Focusing

on

reducing

the

carrier

recombination,

two

passivation

technolo-

gies

have

been

carried

out.

The

two

passivation

technologies

are

native

oxidizing

and

depositing

intrinsic

amorphous

silicon

(i

a-Si)

on

the

silicon

at

the

c-Si/PEDOT:PSS

interface.

The

depositing

of

i-a-Si

layer

is

the

best

method,

and

by

controlling

its

thickness

to

2

nm

the

PCE

of

device

can

reach

5.68%

with

R-M/T

about

83.0%.

2.

Experiments

2.1.

Fabrication

of

ultrathin

silicon

originally,

the

n-type

(1

0

0),

double

side-polished,

4-in.

silicon

wafers

(resistivity,

1–5

cm)

with

a

thickness

of

500

±

10

m

were

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำบางเฉียบพลังงานแสงอาทิตย์เซลล์ให้มีมีประสิทธิภาพวิธีของลดคู่-ยลการใช้งานใช้ต่ำคุณภาพวัสดุและตระหนักถึงมีความหลากหลายเช่นflexibleการใช้งาน[1-3]ไปตามมีประดิษฐ์เทคนิคสำหรับบางเฉียบผลึกซิลิโคน(ซีซี)เวเฟอร์ที่มีขั้นสูงถึงมีระดับที่ที่ต้องการหนาความหยาบและองค์ประกอบสามารถมีได้อย่างง่ายดายสังเคราะห์โดยการแกะสลักและอื่น ๆเทคนิค[4-6],อัลตร้า-บางc-ซีใช้พลังงานแสงอาทิตย์เซลล์โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซีซี/พอลิเมอร์ไฮบริดสลีคนมีดึงดูดมีมากของความสนใจ[7-12]นี้มีเนื่องจากดังกล่าวc-ศรี/โพลีเมอร์พลังงานแสงอาทิตย์เซลล์มีมากเหมาะสมถึงตระหนักถึงต่ำอุณหภูมิและขนาดใหญ่ที่ตั้งประดิษฐ์เป็นมันไม่ไม่จำเป็นต้องมีซับซ้อนเชื่อมต่อประดิษฐ์กระบวนการและมันโดยปกติมีเรียบง่ายโครงสร้าง[13,14]มันมีรับรายงานที่การพลังงานแปลงefficiency(PCE)ของบางเฉียบc-ซี / PEDOT:PSSอุปกรณ์มีถึง6.6%[13]ที่ออพชาร์มาร้อยเอ็ดอัลมีทำดีความพยายามในfabricatingแผ่นกรองแสงโครงสร้างรวมทั้งซิลิโคนเสาบนการพื้นผิวด้านหน้าและสีเงินอนุภาคบนการพื้นหลังถึงเพิ่มแสงดูดซึมแน่นอนการphotocurrentความหนาแน่นของอุปกรณ์มีเหล่านี้โครงสร้างมีdra-maticallyเพิ่มขึ้นอย่างไรก็ตามเหล่านี้ซับซ้อนสถาปัตยกรรมมีนอกจากนี้นำเกี่ยวกับอุดมสมบูรณ์พลังงานขาดทุน(ขนส่งrecombination)สอดคล้องหมาย∗ผู้เขียนโทรศัพท์/โทรสาร:+ 861061772951อีเมลที่อยู่:[e-mail](ม.Li)ครบกำหนดถึงการเพิ่มขึ้นอินเตอร์เฟซข้อบกพร่องดังกล่าวเพิ่มขึ้นพลังงานขาดทุนสามารถมีreflectedโดยการข้อเท็จจริงที่การอัตราส่วนของการวัดโพธิ์-tocurrentความหนาแน่นถึงการทฤษฎีจำกัด(R-M/T)สำหรับอุปกรณ์มีแผ่นกรองแสงสถาปัตยกรรม(51%18.50ถึง36.51mAcm2)มีมากต่ำกว่ากว่าที่ของอุปกรณ์โดยไม่ต้องแผ่นกรองแสงสถาปัตยกรรม(76%15.06ถึง19.94mAcm2)[13]นอกจากนี้การแผ่นกรองแสงstruc-turesนอกจากนี้ซับซ้อนการประดิษฐ์กระบวนการดังนั้นเพิ่มขึ้นการต้นทุนและเป็นมีผลการค้นหามันมีdifficultถึงให้แน่ใจการกระบวนการความสอดคล้องกันจากการข้างต้นพิจารณาระนาบบางเฉียบพลังงานแสงอาทิตย์เซลล์มีเพิ่มเติมเหมาะสมสำหรับใช้ได้จริงการประยุกต์ใช้ในนี้ทำงานเราประดิษฐ์เรียบง่ายระนาบc-ซี / PEDOT:PSSพลังงานแสงอาทิตย์เซลล์ของเกี่ยวกับ18mหนาซึ่งมีดีเพื่ออิสระโฟกัสบนลดการผู้ให้บริการrecombinationสองทู่technolo-กีส์มีรับดำเนินการออกการสองทู่เทคโนโลยีมีพื้นเมืองออกซิไดซ์และฝากลักษณะสัณฐานซิลิโคน(iมีศรี)บนการซิลิโคนที่การc-ซี / PEDOT:PSSอินเตอร์เฟซการฝากของฉันมีศรีชั้นมีการที่ดีที่สุดวิธีการและโดยการควบคุมของความหนาถึง2นาโนเมตรการPCEของอุปกรณ์สามารถการเข้าถึง5.68%มีR-M/Tเกี่ยวกับ83.0%2การทดลอง2.1ประดิษฐ์ของบางเฉียบซิลิโคนแต่เดิมการประเภท n(100),เตียงใหญ่ขัดด้าน4 นิ้วซิลิโคนเวเฟอร์(ความต้านทาน1 – 5ซม.)มีมีความหนาของ500±10mมีhttp://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.01.1290169-4332 / ©2016ElsevierB.Vทั้งหมดสิทธิสำรองไว้YLiร้อยเอ็ดอัล/นำไปใช้พื้นผิววิทยาศาสตร์366(2016)494-498495ultrasonicallyทำความสะอาดในอะซิโตนเอทานอลและจุน้ำสำหรับ10นาทีตามลาดับต่อมาการพื้นผิวมีล้างมีจุ(DI)น้ำและแห้งมีมีไนโตรเจนปืนหลังจากที่ที่การทำความสะอาดซิลิโคนเวเฟอร์มีแช่ในเกาะวิธีการแก้ไขปัญหามีconcen-trationของ50wt.%ที่90◦Cสำหรับบางระยะเวลาของเวลาถึงขอรับ18mอิสระc-ซีเยื่อหุ้มนี้2.2ซิลิโคนทู่การบางเฉียบc-ซีเวเฟอร์มีแรกทำความสะอาดโดยจุ(DI)น้ำการตัวอย่างโดยไม่ต้องทู่มีรับการรักษาโดยตื่นการซิลิโคนเวเฟอร์ลงในHFวิธีการแก้ไขปัญหา(V:V=1:2)ที่ห้องพักอุณหภูมิสำหรับ2นาทีการพื้นเมืองออกไซด์วิธีถูกเสร็จแล้วโดยวางการกำจัด HFเวเฟอร์ในมีแห้งจานมีอากาศเงื่อนไขและการสัณฐานซิลิโคนทู่ถูกดำเนินการออกโดยฝากผมมีศรีชั้นบนการHF-ทำความสะอาดซิลิโคนเวเฟอร์โดยใช้การPECVDอุปกรณ์สำหรับ20sที่250◦Cในการผมมีศรีสะสมกระบวนการมี165โหวตส่วนผสมก๊าซตัดค่าเสื่อมของSiH4/Ar(1/24)ถูกใช้และการหอการค้าความดันรักษาเกี่ยวกับ3SaM2.3ประดิษฐ์ของเซลล์แสงอาทิตย์อุปกรณ์firstlyการบางเฉียบc-ซีของความหนา18mถูกตัดลงในขนาดเล็กสี่เหลี่ยมของ1×1ซม. 2แล้วขนาดเล็กซิลิโคนสี่เหลี่ยมโดยไม่ต้องpassiv-ต้อง(H-สิ้นสุด),มีพื้นเมืองออกไซด์ชั้นหรือผมมีศรีชั้นมีเตรียมสูงตัวนำไฟฟ้าPEDOT:PSSตัวทำละลายถูกเตรียมไว้โดยผสมการPEDOT:PSS(ซื้อจากไบเออร์AG)มีdimethylsulfoxide(DMSO5wt %)และZonylSurfactant ที่ fluoro(0.1wt %)หลังจากนั้นเหล่านี้ซิลิโคนสี่เหลี่ยมมีตรัน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

Introduction Ultrathin solar cells provide an effective way of reducing mate- rial usage, utilizing low quality material and realizing diverse like flexible applications [1–3]. Along with fabrication techniques for ultrathin crystalline silicon (c-Si) wafer that have advanced to a level where desired thickness, roughness and composition can be readily synthesized by etching and other techniques [4–6], ultra- thin c-Si based solar cells especially the c-Si/polymer hybrid ones have attracted a lot of attention [7–12]. This is because such c- Si/polymer solar cell is much suitable to realize low temperature and large area fabrication as it does not require a complex junction fabrication process and it usually has simple structures [13,14]. It has been reported that the power conversion efficiency (PCE) of ultrathin c-Si/PEDOT:PSS device has reached 6.6% [13]. Where Sharma et al have made great efforts in fabricating light-trapping structures, including silicon pillars on the front-surface and silver particles on the back-surface, to enhance light absorption. Indeed, the photocurrent density of devices having these structures is dra- matically enhanced. However, these complex architectures have also brought about abundant energy losses (carrier recombination) ∗ Corresponding author. Tel./fax: [phone]. E-mail address: [e-mail] (M. Li). due to the increased interface defects. Such increased energy losses can be reflected by the fact that, the ratio of the measured pho- tocurrent density to the theoretical limit (RM/T) for device with light-trapping architectures (51%, 18.50 to 36.51 mA cm2) is much lower than that of device without light-trapping architectures (76%, 15.06 to 19.94 mA cm2) [13]. Additionally, the light-trapping struc- tures also complicate the fabrication process thus increasing the cost, and as a result it is difficult to ensure the process consistency. From the above considerations, planar ultrathin solar cells are more suitable for practical application. In this work, we fabricate simple planar c-Si/PEDOT:PSS solar cell of about 18 m thickness, which has good flexibility. Focusing on reducing the carrier recombination, two passivation technolo- gies have been carried out. The two passivation technologies are native oxidizing and depositing intrinsic amorphous silicon (i a-Si) on the silicon at the c-Si/PEDOT:PSS interface. The depositing of i-a-Si layer is the best method, and by controlling its thickness to 2 nm the PCE of device can reach 5.68% with R-M/T about 83.0%. 2. Experiments 2.1. Fabrication of ultrathin silicon originally, the n-type (1 0 0), double side-polished, 4-in. silicon wafers (resistivity, 1–5 cm) with a thickness of 500 ± 10 m were http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.01.129 0169-4332/© 2016 Elsevier B.V. All rights reserved. Y. Li et al. / Applied Surface Science 366 (2016) 494–498 495 ultrasonically cleaned in acetone, ethanol and deionized water for 10 min, respectively. Subsequently, the substrates were rinsed with deionized (DI) water and dried with a nitrogen gun. After that, the clean silicon wafers were immersed in KOH solution with concen- tration of 50 wt.% at 90◦C for certain duration of time, to obtain 18 m free-standing c-Si membranes. 2.2. Silicon passivation the ultrathin c-Si wafer is first cleaned by deionized (DI) water. The samples without passivation were treated by immersing the silicon wafer into HF solution (V:V = 1:2) at room temperature for 2 min; the native oxide method was done by placing the HF-cleaned wafer in a dry dish with air condition; and the amorphous silicon passivation was carried out by depositing i a-Si layer on the HF- cleaned silicon wafer using the PECVD equipment for 20s at 250◦C. In the i a-Si deposition process, a 165 sccm mixture gas flow of SiH4/Ar (1/24) was used; and the chamber pressure maintained about 3 Pa. 2.3. Fabrication of photovoltaic devices firstly, the ultrathin c-Si of thickness 18 m was cut into small squares of 1 × 1 cm2. Then, small silicon squares without passiv- ation (H-terminated), with native oxide layer or i a-Si layer were prepared; highly conductive PEDOT:PSS solvent was prepared by mixed the PEDOT:PSS (purchased from Bayer AG) with dimethyl sulfoxide (DMSO, 5 wt%) and Zonyl fluoro-surfactant (0.1 wt%). Thereafter, these silicon squares were tran