2013 Material Research Society (MRS) Spring Meeting – Hari 3

Atom probe study of Cu2ZnSnSe4 thin film solar cells prepared by Co-evaporation and post-deposition annealing (T. Schwarz, Max Planck Institute, Germany)

• Karaterisasi dengan atom probe memungkinkan analisis elemental pada skala nano, skitar 50 nm
• Fabrikasi CZTSe dilakukan dengan coevaporation Cu, Zn, Sn, dan Se. Temperatur substrat dijaga konstan pada 320C, dan dilanjutkan dengan selenisasi memakai tube furnace pada 500C
• Dengan atom probe dimunngkinkan untuk mendeteksi keberadaan ZnSe dengan mapping distribusi elementalnya
• Pada ZnSe terdeteksi juga Cu dan Sn
• ZnSe dapat mengakibatkan tingginya aktivitas rekombinasi dan juga penghambat aliran electron
• Terdeteksi juga segregasi Na di interface antara CZTSe/ZnSe

 

Effects of growth conditions on compositional gradients and secondary phases in CZTSe films deposited by co-evaporation (D.M. Bishop, Institute of energy conversion Delaware, USA)

• Coevaporation dari Cu,Zn,Sn, dan Se
• SnSe mudah hilang ketika sintesis dan setelah deposisi CZTSe berakhir
• Pada temperature 500C, vapor pressure SnSe 4×10^-4 torr
• Pada permulaan deposisi, SnSe hilang paling mudah
• KOmposisi Zn lebih banyak pada area mendekati back contact
• Vapor pressure dari SnSe drop ketika bekerja pada temperature lebih rendah seperti 300C
• Sintesis CZTSe dengan menggunakan temperature 300C terlebih dahulu kemudian 500C, ZnSe menjadi lebih terdistribusi dan efisiensi sel surya mencapai 6.4%

 

Is it possible to grow and identify thin films of phase pure kesterite semiconductor? (P.J. Dale, University of Luxembourg)

• Divais dengan efisiensi tinggi tidak berfasa tunggal
• ZnSe mempunyai band gap 2.7 eV dan bisa berada di permukaan, bulk, atau dekat dengan back contact
• Pembentukan MoSe2 mempunyai energi pembentukan negative
• Mereka mencoba juga elektrodeposisi metal dengan urutan struktur Mo/Cu/Sn/Cu/Zn dan Mo/Cu/Sn/Zn kemudian  dilakukan proses pre-annealing untuk membentuk alloy
• Preannealing dari sampel Mo/Cu/Sn/Cu/Zn membentuk campuran alloy lapisan bilayer CuSn dan CuZn, sedangkan dari sampel Mo/Cu/Sn/Zn membentuk campuran columnar CuSn dan CuZn
• Selenisasi pada bilayer alloy membentuk struktur Mo/Cu+Cu6Sn5/ZnSe, sedangkan pada columnar alloy membentuk Mo/ZnSe+Cu+Cu6Sn5 yang lebih terdistribusi merata
• Sel surya dari columnar alloy mempunyai efisiensi 5.8%
• JUmlah fraksi molar ZnSe di film berkorelasi dengan Jsc dari sel surya tapi tidak dengan Voc. Jsc semakin berkurang dengan semakin besarnya fraksi molar ZnSe
• Raman spektroskopi dengan menggunakan laser pada blue excitation dapat mendeteksi ZnSe
• Pada EQE, ZnSe bisa dideteksi pada region 2.6 eV dan 3.2 eV, dengan menggunakan normalized EQE
• HCl terkonsentari bias menghilangkan ZnSe tetapi berakibat buruk terhadap sel surya
• ZnSe menghambat aliran electron dan berfungsi sebagai filter optic

 

Microstructural characterization of high-efficiency Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films solar cells prepared from solution precursors (Qijie Guo, Du Pont,USA)

• Digunakan nanopartikel baik quartenary, binary, atau ternary nanopartikel sebagai precursor
• Selenisasi dilakukan menggunakan pellet Se dalam graphite box
• Struktur bilayer CZTSe selalu terbentuk setelah proses selenisasi

 

Semiconductor Materials for photoelectrochemical water splitting: metal oxides or non oxides (H. Wang, NREL, USA)

• Target dari system PEC yaitu efisiensi setidaknya 10% dan ketahanan minimal 10 tahun
• Untuk produksi hydrogen dengan kombinasi fotovoltaik untuk elektrolisis, jika efisiensi fotovoltaik 12% dengan efisiensi elektrolisis sebesar 65%, makan solar to hydrogen (STH) efisiensinya adalah 7.8%
• Sistem PEC memungkinkan reduksi harga yang signifikan
• Band gap untuk ideal material pada PEC yaitu 1.6 atau 1.7 eV tetapi tidak lebih dari 2.2 eV dan juga band gap levelnya harus melingkupi energy potensial reduksi dan oksidasi air
• Metal oksida mempunyai band gap yang lebar, ada mismatch dari level band gap, dan efisiensinya rendah
• Untuk alternative solusi mengatasi band gap mismatch, maka beberapa peneliti membuat system tandem metal oksida
• Sebagai contoh tandem solar cell dari Gratzel, Domen, dan Lewis
• Metal oksida mempunyai stabilitas yang tinggi
• COntohn dari non oksida yang potentsial yaitu GaAs dan GaInP2
• Walaupun efisiensi tandem GaAs dan GaInP2 dikombinasikan dengan PV sudah mencapai 12.4% namun stabilitasnya sangat rendah
• Kemungkinan permukaan GaInP2 harus di lapisi agar stabil

 

Semiconductor nanowires for artificial photosynthesis (Peidong Yang, Univ. Berkeley)

• Sistem fotosintesis buatan memungkinkan konversi dan penyimpanan energy pada waktu yang sama
• Disain tandem mengharuskan penggunaan ohmic contact diantara photocathode dan photoanode
• Problem utama ada di photoanode krena sampai saat ini photocurrent dan photovoltage sangat rendah

 

Engineered CuInSe_xS_2-x quantum dots for high-efficiency solar cells (H. McDaniel, Los Alamos laboratory)

• Quantum dot solar cell yang terefisien saat ini menggunakan PbS dan ZnO
• Penelitian ini bertujuan menggabungkan kelebihan dari DSSC yaitu teknik produksinya yang murah dan kelebihan dari sel surya thin film yaitu efisiensinya yang tinggi
• Struktur dari sel surya FTO/TiO2/QuantumDot/electrolyte/CuxS/FTO
• Efisiensi sel surya lebih dari 5%