Variable Temperature and Carrier-Resolved Photo-Hall Measurements of High-Performance Selenium Thin-Film Solar Cells

材料科学 薄膜 薄膜太阳能电池 光电子学 霍尔效应 光学 太阳能电池 物理 纳米技术 电阻率和电导率 冶金 量子力学
作者
Rasmus Nielsen,Oki Gunawan,Teodor K. Todorov,Christoph Möller,Ole Hansen,Peter C. K. Vesborg
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2409.12804
摘要

Selenium is an elemental semiconductor with a wide bandgap suitable for a range of optoelectronic and solar energy conversion technologies. However, developing such applications requires an in-depth understanding of the fundamental material properties. Here, we study the properties of the majority and minority charge carriers in selenium using a recently developed carrier-resolved photo-Hall technique, which enables simultaneous mapping of the mobilities and concentrations of both carriers under varying light intensities. Additionally, we perform temperature-dependent Hall measurements to extract information about the acceptor level and ionization efficiency. Our findings are compared to results from other advanced characterization techniques, and the inconsistencies are outlined. Finally, we characterize a high-performance selenium thin-film solar cell and perform device simulations to systematically address each discrepancy and accurately reproduce experimental current-voltage and external quantum efficiency measurements. These results contribute to a deeper understanding of the optoelectronic properties and carrier dynamics in selenium, which may guide future improvements and facilitate the development of higher-efficiency selenium solar cells.
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