[논문 리뷰] Axial vs. Radial Junction Nanowire Solar Cell

Vidur Raj, Hark Hoe Tan외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 24.

Nanowire Synthesis and Applications참고 문헌 118인용 수 4

한 줄 요약

이 리뷰는 축 방향 및 반경 방향 접합 나노와이어 태양전지의 광범위한 비교 분석을 제공하며, 광학적 흡수, 장치 물리학 및 효율 잠재력에 대해 평가한다. 반경 방향 접합이 뛰어난 빛 포획과 실리콘 재결합을 가능하게 하며, 축 방향 접합은 반경 방향 운반체 이동에 어려움을 겪는다. 나노와이어 태양전지 개발의 주요 과제로 종결된다.

ABSTRACT

Both axial and radial junction nanowire solar cells have their challenges and advantages. However, so far, there is no review that explicitly provides a detailed comparative analysis of both axial and radial junction solar cells. This article reviews some of the recent results on axial and radial junction nanowire solar cells with an attempt to perform a comparative study between the optical and device behavior of these cells. In particular, we start by reviewing different results on how the absorption can be tuned in axial and radial junction solar cells. We also discuss results on some of the critical device concepts that are required to achieve high efficiency in axial and radial junction solar cells. We include a section on new device concepts that can be realized in nanowire structures. Finally, we conclude this review by discussing a few of the standing challenges of nanowire solar cells.

연구 동기 및 목표

• 축 및 반경 방향 접합 나노와이어 태양전지를 광학적 흡수 및 장치 거동 측면에서 체계적으로 비교하기.
• 축 및 반경 방향 나노와이어 태양전지 구조에서 높은 효율을 가능하게 하는 핵심 장치 개념을 규명하기.
• 차세대 태양전지를 위한 나노와이어 구조에서 가능해지는 새로운 장치 개념을 탐색하기.
• 현재 나노와이어 태양전지 플랫폼의 실용적 배치 및 효율 확장에 걸림돌이 되고 있는 지속적인 과제들을 개괄하기.

제안 방법

• 축 및 반경 방향 나노와이어 태양전지에서의 빛 흡수에 관한 최근 실험 및 이론 결과 검토.
• 두 아키텍처에서의 실리콘 생성, 운반체 이동 및 수확 메커니즘을 포함한 장치 물리 분석.
• 태양전지 성능에 미치는 나노와이어 형상, 도핑 프로파일 및 이종구조 설계의 영향 평가.
• 나노와이어 어레이를 이용한 흡수 효율 및 빛 포획 특성과 같은 광학적 성질 비교.
• 핵심-껍질, 축 방향 이종구조 및 반경 방향 도핑 기울기 등 새로운 장치 개념의 조사.
• 결과를 종합하여 현재 나노와이어 태양전지 플랫폼의 성능 저하 요인과 설계 제약 사항을 규명하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 축 방향 및 반경 방향 접합 나노와이어 태양전지는 광학적 흡수 특성에서 어떻게 다릅니까?
• RQ2 축 대 반경 방향 나노와이어 태양전지에서 실리콘 운반체 수확에 영향을 주는 핵심 장치 물리 메커니즘은 무엇입니까?
• RQ3 반경 방향 접합 나노와이어 태양전지가 축 방향 구조보다 높은 효율을 달성할 수 있는 설계 원리는 무엇입니까?
• RQ4 나노와이어 구조에서 태양전지 성능 향상을 위해 실현 가능한 새로운 장치 개념은 무엇입니까?
• RQ5 나노와이어 태양전지의 효율성 및 스케일업을 제한하는 주요 해결되지 않은 과제는 무엇입니까?

주요 결과

• 반경 방향 접합 나노와이어 태양전지는 반경 방향 이종구조 덕분에 뛰어난 빛 포획 및 흡수를 보이며, 효율적인 실리콘 운반체 수확이 가능하다.
• 축 방향 접합 나노와이어는 반경 방향 운반체 이동에 어려움을 겪어, 간단한 제조에도 불구하고 효율이 제한된다.
• 반경 방향 접합은 더 큰 접합 면적과 더 나은 전기장 분포를 통해 생성된 실리콘 운반체의 수확을 향상시킨다.
• 나노와이어의 직경, 길이 및 재료 조성 조절을 통해 광학적 흡수를 조절할 수 있으며, 반경 방향 설계가 더 높은 흡수 효율을 보인다.
• 핵심-껍질 반경 방향 구조는 더 나은 밴드 갭 엔지니어링과 재결합 손실 감소를 가능하게 한다.
• 진전이 있었음에도 불구하고, 표면 재결합, 접촉 저항 및 가용성 있는 제조 공정 등 상용화에 있어 중요한 장벽이 남아 있다.