SCI
SCIE
SCOPUS
Wide-bandgap nanocrystalline silicon-carbon alloys for photovoltaic applications
저자
Cho, Jun-Sik ; Jang, Eunseok ; Lim, Dongmin ; Ahn, Seungkyu ; Yoo, Jinsu ; Cho, Ara ; Park, Joo Hyung ; Kim, Kihwan ; Choi, Bo-Hun
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
220-227(8쪽)
제공처
소장기관
<P><B>Abstract</B></P> <P>p-Type hydrogenated silicon carbide (p-SiC:H) films were prepared using plasma-enhanced chemical vapor deposition by systematically incorporating carbon into nanocrystalline silicon networks. The carbon content of the films was varied by adjusting the methane/silane (CH<SUB>4</SUB>/SiH<SUB>4</SUB>; R<SUB>C</SUB>) ratio. The chemical bonding, microstructural, and electro-optical properties of the films were investigated in detail. With increasing R<SUB>C</SUB>, the silicon-carbon bond density in the films increased gradually and the overall microstructure became amorphous. Through sophisticated control of the carbon content of the films during high hydrogen dilution deposition, p-type hydrogenated nanocrystalline SiC:H (p-nc-SiC:H) films with nanometer-scale Si crystallites embedded in an amorphous SiC:H matrix were obtained. The p-nc-SiC:H films had wide bandgaps larger than 2 eV and reduced parasitic light absorption at wavelengths below 550 nm. When using wide-bandgap p-nc-SiC:H films with superior electro-optical properties as window layers in n-i-p flexible and p-i-n semi-transparent nc-Si:H solar cells, in place of conventional p-nc-Si:H layers with narrow bandgaps, enhanced cell performance was achieved because of both high open circuit voltage (V<SUB>OC</SUB>) and high quantum efficiency values at short wavelengths of 350–550 nm. The conversion efficiencies of the flexible nc-Si:H solar cells increased from 6.37% (V<SUB>OC</SUB> = 0.41 V, J<SUB>SC</SUB> = 22.81 mA/cm<SUP>2</SUP>, and FF = 68.10%, where J<SUB>SC</SUB> is the short-circuit current density and FF is the fill factor, respectively) to 7.89% (V<SUB>OC</SUB> = 0.51 V, J<SUB>SC</SUB> = 24.04 mA/cm<SUP>2</SUP>, and FF = 64.37%). A further increase in the conversion efficiency to 9.18% was obtained by inserting a very thin, highly-doped p-nc-SiC:H buffer layer between a low-doped p-nc-SiC:H window layer and an indium tin oxide front contact. A significant increase in the conversion efficiency from 3.66% (V<SUB>OC</SUB> = 0.42 V, J<SUB>SC</SUB> = 14.83 mA/cm<SUP>2</SUP>, and FF = 58.69%) to 4.33% (V<SUB>OC</SUB> = 0.45 V, J<SUB>SC</SUB> = 17.74 mA/cm<SUP>2</SUP>, and FF = 54.18%) was achieved with the semi-transparent nc-Si:H solar cell, with an average optical transmittance of 17.29% in the visible wavelength region of 500–800 nm.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Wide-bandgap p-nc-SiC:H widow layers for photovoltaics solar cells were prepared. </LI> <LI> High-quality p-nc-SiC:H films were fabricated by PECVD. </LI> <LI> Enhanced performance was achieved in the Si-based solar cells. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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