High photoconversion efficiency in tungsten diselenide(WSe2) based junctionless photovoltaic device
저자
발행사항
서울 : 성균관대학교 일반대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(석사)-- 성균관대학교 일반대학원 : 전자전기컴퓨터공학과 2021. 2
발행연도
2021
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
49 p. : 삽화, 표 ; 30 cm
일반주기명
지도교수: 박진홍
참고문헌 : p.
UCI식별코드
I804:11040-000000161094
DOI식별코드
소장기관
TMD 물질은 이전의 반도체(Si, GaAs 등)에 비해 빠른 광반응 속도와 체적 대비 높은 광전류를 생성하며 차세대 태양전지로 높은 관심을 가지는 물질이다. 또한 최근의 이론적 연구는 25% 이상의 높은 효율의 태양전지 구현을 TMD 물질을 통해 가능할 것이라 보고되어 왔다. 그러나 이론적 예측과는 달리 TMD 물질을 사용한 태양전지는 10%를 초과하는 효율을 확보하기 어려웠으며 이는 TMD 반도체에서의 exiciton 분리의 비효율로 인한 문제였다. 대부분 연구에서는 Exiton 분리 효율 개선을 위해 TMD 반도체를 적층하거나 도핑시켜 이종 접합이나 호모 접합을 형성하였다. 본 논문에서는 WSe2 단일물질을 사용하여 junctionless PV 소자를 간단한 공정을 통해 높은 효율을 갖는 태양전지를 구현하였다. O2 plasma 처리를 이용하여 WOx 를 형성하여 junctionless PV 소자를 구현하였으며 이를 Contact 공정을 통해 페르미레벨 피닝 효과를 완화하여 높은 Isc 와 Voc 를 확보하였다. 또한 bottom reflector에 Au를 사용하여 광을 흡수할 시 높은 포토캐리어를 형성하게 하였으며 이를 통해 높은 Isc를 확보할 수 있었다. 본 논문에서는 이를 증명하기 위해 저온 측정, 커런트 맵핑, 솔라 시뮬레이션 측정 등을 통해 구현한 PV 소자의 특성을 분석하였다.
더보기Rapid surge in global energy consumption has led to greater demand for renewable energy to overcome energy resource limitations and environmental problems. Recently, a number of van der Waals materials have been spotlighted as efficient absorbers for very thin and high-efficiency photovoltaic (PV) devices. Despite the predicted potential, it has been challenging to practically demonstrate PV devices with photoconversion efficiency (PCE) exceeding 10%.
In this study, a vertical junctionless tungsten diselenide (WSe2) PV device with a record-high PCE of 11.6% under AM1.5 one sun illumination is demonstrated. We show a simple and yet effective contact engineering method that improves PCE in WSe2-based PV devices by approximately an order of magnitude and therefore opens up this material for high-efficiency photovoltaics. We found that a few nm thick tungsten oxide layer induced by oxygen plasma treatment performs three functions important for a PV device: it resolves a well-known issue of Fermi-level pinning typical for transition metal dichalcogenide materials; causes n-doping effect and thereby induces internal pn junction; and serves as an electron-selective hole-blocking layer. Finally, we design a novel bottom contact scheme with optimized thicknesses that combines advantageous properties of platinum as an optimal p-type contact for WSe2 and gold as a reflector to improve photon recycling ability.
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