CdSe/Mn-Cds/ZnO 나노로드 어레이 전극을 이용한 양자점 태양 전지의 광전지 특성에 미치는 나노 스케일 변형의 영향 Influence of nanoscale strain on the photovoltaic properties of quantum dot-sensitized solar cell based on CdSe/Mn-CdS/ZnO nanorod array electrode원문보기
이 연구는 CdS 양자점에 Mn2+ 도판트를 도입하여 CdSe/CdS 나노 복합체 양자점 태양전지(QDSCs)의 전력 변환 효율(PCE) 향상의 나노 스케일 메커니즘을 보고한다. 실온에서 ‘이온층 흡착 및 반응’(SILAR) 및 ‘화학적 배트 증착’(CBD)의 순차 조립 공정을 사용하여, 상이한 유형의 복합체 감응 층을 갖는 QDSCs를 합성하였으며, 이는 고밀도 ...
이 연구는 CdS 양자점에 Mn2+ 도판트를 도입하여 CdSe/CdS 나노 복합체 양자점 태양전지(QDSCs)의 전력 변환 효율(PCE) 향상의 나노 스케일 메커니즘을 보고한다. 실온에서 ‘이온층 흡착 및 반응’(SILAR) 및 ‘화학적 배트 증착’(CBD)의 순차 조립 공정을 사용하여, 상이한 유형의 복합체 감응 층을 갖는 QDSCs를 합성하였으며, 이는 고밀도 ZnO나노 와이어(NW) 어레이 및 CdSe/CdS 또는 CdSe/Mn-CdS 양자점의 나노 복합 층을 포함한다. 이 논문에서는 Mn 첨가제가 있거나 없는 QDs sensitizer에서 나노 스케일 변형의 정량적 계산을 사용하여 광전지 성능에서 Mn 첨가제의 역할에 대해 논의했다. 기하학적 위상 분석(GPA)법 및 고해상도 전자 현미경(HRTEM)을 사용하여 QD의 내부, 인터페이스 및 결정성에 대한 분석의 결과 Mn2+ 첨가제의 첨가는 CdSe/Mn-CdS QD 나노복합체에서 부적합한 전위 또는 공극을 도입하지 않고 격자 나노 변형을 현저히 감소시켰는데, 이것은 MnS, CdS 및 CdSe의 용해도 곱 차이에 의해 야기된 원자 확산의 결과 결함 농도의 감소로 생각된다. 그 결과, ZnS/CdSe/Mn-도핑 CdS/ZnO 셀의 PCE는 3.47 % (Voc = 0.74V, Jsc = 14.56mA / cm2, FF = 36.92 %)로 Mn 도핑없는 셀(2.61 %)에 비해 33 %의 증가를 가져왔다. 본 연구에서 Mn2+ 첨가에 의한 PCE의 전반적인 향상이 모두 계면 결함 혹은 변형률 감소에 기인한다고 할 수는 없으나, 우리의 결과는 부정합 전위 및 격자 나노 스트레인의 제어가 헤테로 접합 태양 전지의 효율에 큰 영향을 미치고 있음을 입증하고 있다.
이 연구는 CdS 양자점에 Mn2+ 도판트를 도입하여 CdSe/CdS 나노 복합체 양자점 태양전지(QDSCs)의 전력 변환 효율(PCE) 향상의 나노 스케일 메커니즘을 보고한다. 실온에서 ‘이온층 흡착 및 반응’(SILAR) 및 ‘화학적 배트 증착’(CBD)의 순차 조립 공정을 사용하여, 상이한 유형의 복합체 감응 층을 갖는 QDSCs를 합성하였으며, 이는 고밀도 ZnO 나노 와이어(NW) 어레이 및 CdSe/CdS 또는 CdSe/Mn-CdS 양자점의 나노 복합 층을 포함한다. 이 논문에서는 Mn 첨가제가 있거나 없는 QDs sensitizer에서 나노 스케일 변형의 정량적 계산을 사용하여 광전지 성능에서 Mn 첨가제의 역할에 대해 논의했다. 기하학적 위상 분석(GPA)법 및 고해상도 전자 현미경(HRTEM)을 사용하여 QD의 내부, 인터페이스 및 결정성에 대한 분석의 결과 Mn2+ 첨가제의 첨가는 CdSe/Mn-CdS QD 나노복합체에서 부적합한 전위 또는 공극을 도입하지 않고 격자 나노 변형을 현저히 감소시켰는데, 이것은 MnS, CdS 및 CdSe의 용해도 곱 차이에 의해 야기된 원자 확산의 결과 결함 농도의 감소로 생각된다. 그 결과, ZnS/CdSe/Mn-도핑 CdS/ZnO 셀의 PCE는 3.47 % (Voc = 0.74V, Jsc = 14.56mA / cm2, FF = 36.92 %)로 Mn 도핑없는 셀(2.61 %)에 비해 33 %의 증가를 가져왔다. 본 연구에서 Mn2+ 첨가에 의한 PCE의 전반적인 향상이 모두 계면 결함 혹은 변형률 감소에 기인한다고 할 수는 없으나, 우리의 결과는 부정합 전위 및 격자 나노 스트레인의 제어가 헤테로 접합 태양 전지의 효율에 큰 영향을 미치고 있음을 입증하고 있다.
This study reports the nanoscale mechanism of the power conversion efficiency (PCE) enhancement of CdSe/CdS nano-composite co-sensitized quantum dot solar cells (QDSCs) by introducing Mn2+ dopants into CdS QDs. Using an in-situ sequential assembly process of both ionic layer adsorption and reaction ...
This study reports the nanoscale mechanism of the power conversion efficiency (PCE) enhancement of CdSe/CdS nano-composite co-sensitized quantum dot solar cells (QDSCs) by introducing Mn2+ dopants into CdS QDs. Using an in-situ sequential assembly process of both ionic layer adsorption and reaction (SILAR) and chemical bath deposition (CBD) at room temperature, QDSCs with the different type of the composite sensitizer layers were synthesized, which essentially consist of the high-density ZnO nanowire (NW) array and a nano-composite layer of either CdSe/CdS or CdSe/Mn-CdS QDs. In this report, using the quantitative calculations of nanoscale strain in the QDs sensitizers with and without Mn dopants, the role of Mn dopants in photovoltaic performance has been discussed. Analyses on the interior, interface and crystallinity of QDs using high-resolution electron microscopy (HRTEM) combined with the geometric phase analysis (GPA) revealed that the addition of Mn2+ dopant significantly reduced the lattice nano-strain in CdSe/Mn-CdS QD nano-composites without introducing misfit dislocations or vacancies, probably owing to the reduction of defect concentration by the atomic diffusion assisted by the solubility product differences in MnS, CdS, and CdSe. As a result, ZnS/CdSe/Mn-doped CdS/ZnO NW full cells exhibited a PCE of 3.47% (Voc = 0.74 V, Jsc = 14.56 mA/cm2, and FF = 36.92%), which is 33% greater than that of the CdSe/CdS/ZnO NR full cells (2.61%) without Mn doping. Although an entire enhancement in PCE by the addition of Mn2+ seen in our study cannot be attributed solely to the interface defect/strain reduction, our results clearly suggest that control of misfit dislocation and lattice nano-strain is significant in affecting the performance of the heterojunction solar cell.
This study reports the nanoscale mechanism of the power conversion efficiency (PCE) enhancement of CdSe/CdS nano-composite co-sensitized quantum dot solar cells (QDSCs) by introducing Mn2+ dopants into CdS QDs. Using an in-situ sequential assembly process of both ionic layer adsorption and reaction (SILAR) and chemical bath deposition (CBD) at room temperature, QDSCs with the different type of the composite sensitizer layers were synthesized, which essentially consist of the high-density ZnO nanowire (NW) array and a nano-composite layer of either CdSe/CdS or CdSe/Mn-CdS QDs. In this report, using the quantitative calculations of nanoscale strain in the QDs sensitizers with and without Mn dopants, the role of Mn dopants in photovoltaic performance has been discussed. Analyses on the interior, interface and crystallinity of QDs using high-resolution electron microscopy (HRTEM) combined with the geometric phase analysis (GPA) revealed that the addition of Mn2+ dopant significantly reduced the lattice nano-strain in CdSe/Mn-CdS QD nano-composites without introducing misfit dislocations or vacancies, probably owing to the reduction of defect concentration by the atomic diffusion assisted by the solubility product differences in MnS, CdS, and CdSe. As a result, ZnS/CdSe/Mn-doped CdS/ZnO NW full cells exhibited a PCE of 3.47% (Voc = 0.74 V, Jsc = 14.56 mA/cm2, and FF = 36.92%), which is 33% greater than that of the CdSe/CdS/ZnO NR full cells (2.61%) without Mn doping. Although an entire enhancement in PCE by the addition of Mn2+ seen in our study cannot be attributed solely to the interface defect/strain reduction, our results clearly suggest that control of misfit dislocation and lattice nano-strain is significant in affecting the performance of the heterojunction solar cell.
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