Atomic layer deposition in nanostructured photovoltaics: tuning optical, electronic and surface properties

Nanoscale

Volumn 7, Issue 29, 2015, Pages 12266-12283

  Palmstrom, Axel F ^a   Santra, Pralay K ^a   Bent, Stacey F ^a  

^a Stanford University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE CARRIERS; DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS; LIGHT ABSORPTION; NANOCRYSTALS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS; SOLAR POWER GENERATION; SOLS; SURFACE REACTIONS; VAPOR DEPOSITION;

COLLOIDAL QUANTUM DOTS; PHOTOVOLTAIC DEVICES; PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY; PLASMONIC SOLAR CELLS; QUANTUM DOT-SENSITIZED SOLAR CELLS; SURFACE ELECTRONIC STATE; THIRD GENERATION PHOTOVOLTAICS; VAPOR PHASE DEPOSITION;

ATOMIC LAYER DEPOSITION;

EID: 84937545479     PISSN: 20403364     EISSN: 20403372     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5nr02080h     Document Type: Article

References (154)

1. Key World Energy Statistics 2014, ed., R. Priddle, International Energy Agency, 2014
2. N. S. Lewis and G. Crabtree, Basic Research Needs for Solar Energy Utilization, U.S. Department of Energy, 2005
3. C. Breyer A. Gerlach Prog. Photovolt. Res. Appl. 2012 21 121 136
4. D. Feldman, G. Barbose, R. Margolis, R. Wiser, N. Darghouth and A. Goodrich, Photovoltaic (PV) Pricing Trends: Historical, Recent, and Near-Term Projections, Lawrence Berkeley National Laboratory, 2012
5. K. Ardani, G. Barbose, R. Margolis, R. Wiser, D. Feldman and S. Ong, Benchmarking Non-Hardware Balance of System (Soft) Costs for U.S. Photovoltaic Systems Using a Data-Driven Analysis from PV Installer Survey Results, SunShot, U.S. Department of Energy, 2012
6. M. Green, presented in part at the 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conference, 2006
7. G. Conibeer Mater. Today 2007 10 42 50
8. M. C. Beard J. M. Luther O. E. Semonin A. J. Nozik Acc. Chem. Res. 2012 46 1252 1260
9. G. F. Brown J. Wu Laser Photon. Rev. 2009 3 394 405
10. G. Conibeer, presented in part at the SPIE Solar Energy+Technology, Aug 20, 2009
11. J. Hofstetter J. F. Lelièvre C. del Cañizo A. Luque Mater. Sci. Eng., B 2009 159-160 299 304
12. S. A. Mann M. J. de Wild-Scholten V. M. Fthenakis W. G. J. H. M. van Sark W. C. Sinke Prog. Photovolt. Res. Appl. 2013 22 1180 1194
13. V. Fthenakis Renewable Sustainable Energy Rev. 2009 13 2746 2750
14. G. Goncher and R. Solanki, presented in part at the Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., Aug 28, 2008
15. K. E. Roelofs T. P. Brennan S. F. Bent J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 348 360
16. H. A. Atwater A. Polman Nat. Mater. 2010 9 205 213
17. D. Kuang S. Ito B. Wenger C. Klein J.-E. Moser R. Humphry-Baker S. M. Zakeeruddin M. Grätzel J. Am. Chem. Soc. 2006 128 4146 4154
18. T. Debnath P. Maity T. Banerjee A. Das H. N. Ghosh J. Phys. Chem. C 2015 119 3522 3529
19. M. Grätzel J. Photochem. Photobiol., C 2003 4 145 153
20. A. Hagfeldt G. Boschloo L. Sun L. Kloo Chem. Rev. 2010 110 6595 6663
21. B. O'Regan M. Grätzel Nature 1991 353 737 740
22. S. Mathew A. Yella P. Gao R. Humphry-Baker B. F. E. Curchod N. Ashari-Astani I. Tavernelli U. Rothlisberger M. K. Nazeeruddin M. Grätzel Nat. Chem. 2014 6 242 247
23. R. Könenkamp Phys. Rev. B: Condens. Matter 2000 61 11057 11064
24. S. Yanagida Y. Yu K. Manseki Acc. Chem. Res. 2009 42 1827 1838
25. C.-Y. Chen M. Wang J. Y. Li N. Pootrakulchote L. Alibabaei C. h. Ngoc-le J. D. Decoppet J. H. Tsai C. Grätzel C. G. Wu S. M. Zakeeruddin M. Grätzel ACS Nano 2009 3 3103 3109
26. T. Daeneke T. H. Kwon A. B. Holmes N. W. Duffy U. Bach L. Spiccia Nat. Chem. 2011 3 213 217
27. M. Grätzel U. Bach D. Lupo P. Comte J. E. Moser F. Weissörtel J. Salbeck H. Spreitzer Nature 1998 395 583 585
28. K. E. Roelofs T. P. Brennan J. C. Dominguez C. D. Bailie G. Y. Margulis E. T. Hoke M. D. McGehee S. F. Bent J. Phys. Chem. C 2013 117 5584 5592
29. I. Chung B. Lee J. He R. P. H. Chang M. G. Kanatzidis Nature 2012 485 486 489
30. S. Rühle M. Shalom A. Zaban ChemPhysChem 2010 11 2290 2304
31. O. Niitsoo S. K. Sarkar C. Pejoux S. Rühle D. Cahen G. Hodes J. Photochem. Photobiol., A 2006 181 306 313
32. Z. Zheng, L. Zhao, M. Wang, M. Liu, M. S. Marcus and Y. Liu, presented in part at the 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2007
33. C. Lévy-Clément R. Tena-Zaera M. A. Ryan A. Katty G. Hodes Adv. Mater. 2005 17 1512 1515
34. H. J. Lee M. Wang P. Chen D. R. Gamelin S. M. Zakeeruddin M. Grätzel M. K. Nazeeruddin Nano Lett. 2009 9 4221 4227
35. N. Guijarro T. Lana-Villarreal I. Mora-Seró J. Bisquert R. Gómez J. Phys. Chem. C 2009 113 4208 4214
36. I. Mora-Seró J. Bisquert J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 3046 3052
37. Y. Li K. Zhao J. Wang X. Zhong J. Bisquert J. Am. Chem. Soc. 2014 136 9203 9210
38. A. G. Pattantyus-Abraham I. J. Kramer A. R. Barkhouse X. Wang G. Konstantatos R. Debnath L. Levina I. Raabe M. K. Nazeeruddin M. Grätzel E. H. Sargent ACS Nano 2010 4 3374 3380
39. A. J. Labelle S. M. Thon S. Masala M. M. Adachi H. Dong M. Farahani A. H. Ip A. Fratalocchi E. H. Sargent Nano Lett. 2015 15 1101 1108
40. B. B. Smith A. J. Nozik Nano Lett. 2001 1 36 41
41. T. Mentzel V. Porter S. Geyer K. MacLean M. Bawendi M. Kastner Phys. Rev. B 2008 77 075316
42. Y. Liu M. Gibbs C. L. Perkins J. Tolentino M. H. Zarghami J. Bustamante M. Law Nano Lett. 2011 11 5349 5355
43. D. Zhitomirsky O. Voznyy L. Levina S. Hoogland K. W. Kemp A. H. Ip S. M. Thon E. H. Sargent Nat. Commun. 2014 5 1 7
44. K. S. Leschkies T. J. Beatty M. S. Kang D. J. Norris E. S. Aydil ACS Nano 2009 3 3638 3648
45. T. Suntola and J. Antson, US Patent Office, 4058430, 1977
46. T. Suntola Mater. Sci. Rep. 1989 4 261 312
47. S. M. George Chem. Rev. 2010 110 111 131
48. C. Hägglund G. Zeltzer R. Ruiz I. Thomann H. B. R. Lee M. L. Brongersma S. F. Bent Nano Lett. 2013 13 3352 3357
49. J. R. Bakke K. L. Pickrahn T. P. Brennan S. F. Bent Nanoscale 2011 3 3482 3508
50. H. B. Profijt S. E. Potts M. C. M. van de Sanden W. M. M. Kessels J. Vac. Sci. Technol., A 2011 29 050801
51. H. B. R. Lee S. H. Baeck T. F. Jaramillo S. F. Bent Nano Lett. 2013 13 457 463
52. J. Heo S. J. Won D. Eom S. Y. Lee Y. B. Ahn C. S. Hwang H. J. Kim Electrochem. Solid-State Lett. 2008 11 210 213
53. V. Miikkulainen M. Leskelä M. Ritala R. L. Puurunen J. Appl. Phys. 2013 113 021301
54. P. Poodt D. C. Cameron E. Dickey J. Vac. Sci. Technol., A 2012 30 010802
55. J. A. van Delft D. Garcia-Alonso W. M. M. Kessels Semicond. Sci. Technol. 2012 27 074002
56. W. Niu X. Li S. K. Karuturi D. W. Fam H. Fan S. Shrestha L. H. Wong A. I. Y. Tok Nanotechnology 2015 26 064001
57. W. W. Yu L. H. Qu W. Z. Guo X. G. Peng Chem. Mater. 2003 15 2854 2860
58. C. B. Murray D. J. Norris M. G. Bawendi J. Am. Chem. Soc. 1993 115 8706 8715
59. D. D. Sarma A. Nag P. K. Santra A. Kumar S. Sapra P. Mahadevan J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2149 2153
60. M. Soreni-Harari N. Yaacobi-Gross D. Steiner A. Aharoni U. Banin O. Millo N. Tessler Nano Lett. 2008 8 678 684
61. P. K. Santra A. F. Palmstrom J. T. Tanskanen N. Yang S. F. Bent J. Phys. Chem. C 2015 119 2996 3005
62. W. A. Tisdale K. J. Williams B. A. Timp D. J. Norris E. S. Aydil X. Y. Zhu Science 2010 328 1543 1547
63. R. J. Ellingson M. C. Beard J. C. Johnson P. Yu O. I. Micic A. J. Nozik A. Shabaev A. L. Efros Nano Lett. 2005 5 865 871
64. T. Kanniainen S. Lindroos J. Ihanus M. Leskela J. Mater. Chem. 1996 6 983 986
65. H. Lee M. K. Wang P. Chen D. R. Gamelin S. M. Zakeeruddin M. Grätzel M. K. Nazeeruddin Nano Lett. 2009 9 4221 4227
66. M. Nikumbh V. Gore R. B. Gore Renewable Energy 1997 11 459 467
67. M. F. Hossain S. Biswas T. Takahashi Thin Solid Films 2009 518 1599 1602
68. N. Guijarro T. Lana-Villarreal I. Mora-Sero J. Bisquert R. Gomez J. Phys. Chem. C 2009 113 4208 4214
69. P. K. Santra P. V. Kamat J. Am. Chem. Soc. 2013 135 877 885
70. P. K. Santra P. V. Nair K. G. Thomas P. V. Kamat J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 722 729
71. H. B. R. Lee M. N. Mullings X. Jiang B. M. Clemens S. F. Bent Chem. Mater. 2012 24 4051 4059
72. J. S. King A. Wittstock J. Biener S. O. Kucheyev Y. M. Wang T. F. Baumann S. K. Giri A. V. Hamza M. Baeumer S. F. Bent Nano Lett. 2008 8 2405 2409
73. T. P. Brennan P. Ardalan H. B. R. Lee J. R. Bakke I.-K. Ding M. D. McGehee S. F. Bent Adv. Energy Mater. 2011 1 1169 1175
74. T. P. Brennan O. Trejo K. E. Roelofs J. Xu F. B. Prinz S. F. Bent J. Mater. Chem. A 2013 1 7566 7571
75. J. Hao J. Wang X. Liu W. J. Padilla L. Zhou M. Qiu Appl. Phys. Lett. 2010 96 251104
76. N. Liu M. Mesch T. Weiss M. Hentschel H. Giessen Nano Lett. 2010 10 2342 2348
77. C. Hägglund, G. Zeltzer, R. Ruiz, A. Wangperawong, K. E. Roelofs and S. F. Bent
78. B. C. O'Regan F. Lenzmann J. Phys. Chem. B 2004 108 4342 4350
79. T. P. Brennan J. R. Bakke I.-K. Ding B. E. Hardin W. H. Nguyen R. Mondal C. D. Bailie G. Y. Margulis E. T. Hoke A. Sellinger M. D. McGehee S. F. Bent Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 12130 12140
80. I. K. Ding N. Tétreault J. Brillet B. E. Hardin E. H. Smith S. J. Rosenthal F. Sauvage M. Grätzel M. D. McGehee Adv. Funct. Mater. 2009 19 2431 2436
81. J. Melas-Kyriazi I. K. Ding A. Marchioro A. Punzi B. E. Hardin G. F. Burkhard N. Tétreault M. Grätzel J.-E. Moser M. D. McGehee Adv. Energy Mater. 2011 1 407 414
82. H. J. Snaith L. Schmidt-Mende Adv. Mater. 2007 19 3187 3200
83. J. Krüger R. Plass M. Grätzel P. J. Cameron L. M. Peter J. Phys. Chem. B 2003 107 7536 7539
84. N. Cai S. J. Moon L. Cevey-Ha T. Moehl R. Humphry-Baker P. Wang S. M. Zakeeruddin M. Grätzel Nano Lett. 2011 11 1452 1456
85. B. C. O'Regan S. Scully A. C. Mayer E. Palomares J. Durrant J. Phys. Chem. B 2005 109 4616 4623
86. N. Kopidakis K. D. Benkstein J. van de Lagemaat A. J. Frank J. Phys. Chem. B 2003 107 11307 11315
87. E. Palomares J. N. Clifford S. A. Haque T. Lutz J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2003 125 475 482
88. C. Lin F. Y. Tsai M. H. Lee C. H. Lee T. C. Tien L. P. Wang S. Y. Tsai J. Mater. Chem. 2009 19 2999 3003
89. M. D. Groner F. H. Fabreguette J. W. Elam S. M. George Chem. Mater. 2004 16 639 645
90. T. C. Tien F. M. Pan L. P. Wang F. Y. Tsai C. Lin J. Phys. Chem. C 2010 114 10048 10053
91. K. Park Q. Zhang B. B. Garcia X. Zhou Y.-H. Jeong G. Cao Adv. Mater. 2010 22 2329 2332
92. V. Ganapathy B. Karunagaran S.-W. Rhee J. Power Sources 2010 195 5138 5143
93. T. C. Li M. r. S. Góes F. Fabregat-Santiago J. Bisquert P. R. Bueno C. Prasittichai J. T. Hupp T. J. Marks J. Phys. Chem. C 2009 113 18385 18390
94. E. Palomares J. N. Clifford S. A. Haque T. Lutz J. R. Durrant Chem. Commun. 2002 1464 1465 10.1039/b202515a
95. D. B. Menzies Q. Dai L. Bourgeois R. A. Caruso Nanotechnology 2007 18 125608
96. J. Kim H. Choi C. Nahm C. Kim S. Nam S. Kang D. R. Jung J. I. Kim J. Kang B. Park J. Power Sources 2012 220 108 113
97. L. J. Antila M. J. Heikkilä V. Mäkinen N. Humalamäki M. Laitinen V. Linko P. Jalkanen J. Toppari V. Aumanen M. Kemell P. Myllyperkiö K. Honkala H. Häkkinen M. Leskelä J. E. I. Korppi-Tommola J. Phys. Chem. C 2011 115 16720 16729
98. D. J. Lee J. Y. Kwon J. I. Lee K. B. Kim J. Phys. Chem. C 2011 115 15384 15389
99. T. P. Brennan J. T. Tanskanen K. E. Roelofs J. W. F. To W. H. Nguyen J. R. Bakke I. K. Ding B. E. Hardin A. Sellinger M. D. McGehee S. F. Bent J. Phys. Chem. C 2013 117 24138 24149
100. M. Shanmugam M. F. Baroughi D. Galipeau Thin Solid Films 2010 518 2678 2682
101. T. W. Hamann O. K. Farha J. T. Hupp J. Phys. Chem. C 2008 112 19756 19764
102. C. Prasittichai J. T. Hupp J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 1611 1615
103. M. Law L. E. Greene A. Radenovic T. Kuykendall a. Jan Liphardt P. Yang J. Phys. Chem. B 2006 110 22652 22663
104. T. C. Tien F. M. Pan L. P. Wang C. H. Lee Y. L. Tung S. Y. Tsai C. Lin F. Y. Tsai S. J. Chen Nanotechnology 2009 20 305201
105. B. M. Klahr T. W. Hamann J. Phys. Chem. C 2009 113 14040 14045
106. X. Gao D. Guan J. Huo J. Chen C. Yuan Nanoscale 2013 5 10438 10446
107. A. R. Pascoe L. Bourgeois N. W. Duffy W. Xiang Y. B. Cheng J. Phys. Chem. C 2013 117 25118 25126
108. J. Y. Kim K. H. Lee J. Shin S. H. Park J. S. Kang K. S. Han M. M. Sung N. Pinna Y. E. Sung Nanotechnology 2014 25 504003
109. L. Li S. Chen C. Xu Y. Zhao N. G. Rudawski K. J. Ziegler ACS Appl. Mater. Interfaces 2014 6 20978 20984
110. A. K. Chandiran M. K. Nazeeruddin M. Grätzel Adv. Funct. Mater. 2013 24 1615 1623
111. N. Tétreault É. Arsenault L. P. Heiniger N. Soheilnia J. Brillet T. Moehl S. Zakeeruddin G. A. Ozin M. Grätzel Nano Lett. 2011 11 4579 4584
112. A. K. Chandiran N. Tétreault R. Humphry-Baker F. Kessler E. Baranoff C. Yi M. K. Nazeeruddin M. Grätzel Nano Lett. 2012 12 3941 3947
113. R. Ihly J. Tolentino Y. Liu M. Gibbs M. Law ACS Nano 2011 5 8175 8186
114. M. A. van Huis L. T. Kunneman K. Overgaag Q. Xu G. Pandraud H. W. Zandbergen D. Vanmaekelbergh Nano Lett. 2008 8 3959 3963
115. P. Schapotschnikow M. A. van Huis H. W. Zandbergen D. Vanmaekelbergh T. J. H. Vlugt Nano Lett. 2010 10 3966 3971
116. A. Pourret P. Guyot-Sionnest J. W. Elam Adv. Mater. 2009 21 232 235
117. J. Tang K. W. Kemp S. Hoogland K. S. Jeong H. Liu L. Levina M. Furukawa X. Wang R. Debnath D. Cha K. W. Chou A. Fischer A. Amassian J. B. Asbury E. H. Sargent Nat. Mater. 2011 10 765 771
118. P. Nagpal V. I. Klimov Nat. Commun. 2011 2 486
119. J. Tang L. Brzozowski D. A. R. Barkhouse X. Wang R. Debnath R. Wolowiec E. Palmiano L. Levina A. G. Pattantyus-Abraham D. Jamakosmanovic E. H. Sargent ACS Nano 2010 4 869 878
120. Y. Liu J. Tolentino M. Gibbs R. Ihly C. L. Perkins Y. Liu N. Crawford J. C. Hemminger M. Law Nano Lett. 2013 13 1578 1587
121. H. M. So H. Choi H. C. Shim S. M. Lee S. Jeong W. S. Chang Appl. Phys. Lett. 2015 106 093507
122. W. Yoon J. E. Boercker M. P. Lumb D. Placencia E. E. Foos J. G. Tischler Sci. Rep. 2013 3 2225
123. M. G. Panthani C. J. Stolle D. K. Reid J. Phys. Chem. C 2013 4 2030 2034
124. B. Hoex S. B. S. Heil E. Langereis M. C. M. van de Sanden W. M. M. Kessels Appl. Phys. Lett. 2006 89 042112
125. B. Vermang V. Fjallstrom X. Gao M. Edoff IEEE J. Photovolt. 2014 4 486 492
126. Y. Xuan H. C. Lin P. D. Ye G. D. Wilk Appl. Phys. Lett. 2006 88 263518
127. Y. Liu M. Gibbs J. Puthussery S. Gaik R. Ihly H. W. Hillhouse M. Law Nano Lett. 2010 10 1960 1969
128. B. A. Timp X. Y. Zhu Surf. Sci. 2010 604 1335 1341
129. J. J. Choi Y.-F. Lim M. E. B. Santiago-Berrios M. Oh B.-R. Hyun L. Sun A. C. Bartnik A. Goedhart G. G. Malliaras H. D. Abruña F. W. Wise T. Hanrath Nano Lett. 2009 9 3749 3755
130. D. Bozyigit W. M. M. Lin N. Yazdani O. Yarema V. Wood Nat. Commun. 2015 2 1 10
131. K. S. Leschkies M. S. Kang E. S. Aydil D. J. Norris J. Phys. Chem. C 2010 114 9988 9996
132. M. C. Beard J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1282 1288
133. J. B. Sambur T. Novet B. A. Parkinson Science 2010 330 63 66
134. R. Schaller V. Klimov Phys. Rev. Lett. 2004 92 186601
135. J. J. H. Pijpers R. Ulbricht K. J. Tielrooij A. Osherov Y. Golan C. Delerue G. Allan M. Bonn Nat. Phys. 2009 5 811 814
136. P. Tyagi P. Kambhampati J. Chem. Phys. 2011 134 094706
137. G. Nair L. Y. Chang S. M. Geyer M. G. Bawendi Nano Lett. 2011 11 2145 2151
138. A. J. Nozik Chem. Phys. Lett. 2008 457 3 11
139. S. ten Cate Y. Liu C. S. Suchand Sandeep S. Kinge A. J. Houtepen T. J. Savenije J. M. Schins M. Law L. D. A. Siebbeles J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 1766 1770
140. R. W. Zehner B. F. Parsons R. P. Hsung L. R. Sita Langmuir 1999 15 1121 1127
141. A. Vilan A. Shanzer D. Cahen Nature 2000 404 166 168
142. Y. Liu S. R. Scully M. D. McGehee J. Liu C. K. Luscombe J. M. J. Fréchet S. E. Shaheen D. S. Ginley J. Phys. Chem. B 2006 110 3257 3261
143. S. Yang D. Prendergast J. B. Neaton Nano Lett. 2012 12 383 388
144. C. H. M. Chuang P. R. Brown V. Bulović M. G. Bawendi Nat. Mater. 2014 13 796 801
145. C. A. Wilson R. K. Grubbs S. M. George Chem. Mater. 2005 17 5625 5634
146. A. N. Goldstein C. M. Echer A. P. Alivisatos Science 1992 256 1425 1427
147. D. H. Levy D. Freeman S. F. Nelson P. J. Cowdery-Corvan L. M. Irving Appl. Phys. Lett. 2008 92 192101
148. N. P. Dasgupta X. Meng J. W. Elam A. B. F. Martinson Acc. Chem. Res. 2015 48 341 348
149. R. W. Johnson A. Hultqvist S. F. Bent Mater. Today 2014 17 236 246
150. M. A. Green K. Emery Y. Hishikawa W. Warta E. D. Dunlop Prog. Photovolt. Res. Appl. 2014 23 1 9
151. H. Wei J. Shi X. Xu J. Xiao J. Luo J. Dong S. Lv L. Zhu H. Wu D. Li Y. Luo Q. Meng Q. Chen Phys. Chem. Chem. Phys. 2015 17 4937 4944
152. X. Dong X. Fang M. Lv B. Lin S. Zhang J. Ding N. Yuan J. Mater. Chem. A 2015 3 5360 5367
153. B. R. Sutherland S. Hoogland M. M. Adachi P. Kanjanaboos C. T. O. Wong J. J. McDowell J. Xu O. Voznyy Z. Ning A. J. Houtepen E. H. Sargent Adv. Mater. 2014 27 53 58
154. X. Dong H. Hu B. Lin J. Ding N. Yuan Chem. Commun. 2014 50 14405 14408