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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 7/2015

01.07.2015

SnS-based thin film solar cells: perspectives over the last 25 years

verfasst von: Jacob A. Andrade-Arvizu, Maykel Courel-Piedrahita, Osvaldo Vigil-Galán

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 7/2015

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Abstract

New types of thin film solar cells made from earth-abundant, non-toxic materials and with adequate physical properties such as band-gap energy, large absorption coefficient and p-type conductivity are needed in order to replace the current technology based on CuInGaSe2 and CdTe absorber materials, which contain scarce and toxic elements. One promising candidate absorber material is tin monosulfide (SnS). The constituent elements of the SnS film are abundant in the earth’s crust, and non-toxic. If this compound is used as the absorber layer in solar cells, high efficient devices should be fabricated with relative low cost technologies. Despite these properties, low efficiency SnS-based solar cells have been reported up to now. In this work, we present a review about the state of the art of SnS films and devices. Finally, an analysis about different factors that are limiting high efficiency solar cells is presented.

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Zurück zum Zitat F.G. Yanuar, F. Guastavino, C. Llinares, K. Djessas, G. Masse, J. Mater. Sci. Lett. 19, 2135–2137 (2000) F.G. Yanuar, F. Guastavino, C. Llinares, K. Djessas, G. Masse, J. Mater. Sci. Lett. 19, 2135–2137 (2000)
69.
Zurück zum Zitat F.G. Yanuar, G. El-Haj Moussa, F. Guastavino, C. Llinares, in IEEE (2001), 0-7803-7117-8 F.G. Yanuar, G. El-Haj Moussa, F. Guastavino, C. Llinares, in IEEE (2001), 0-7803-7117-8
70.
Zurück zum Zitat X.P. Zhan, C.W. Shi, X.J. Shen, Min Yao, Y.R. Zhang, Adv. Mater. Res. 590, 148–152 (2012) X.P. Zhan, C.W. Shi, X.J. Shen, Min Yao, Y.R. Zhang, Adv. Mater. Res. 590, 148–152 (2012)
71.
Zurück zum Zitat S.A. Bashkirov, V.F. Gremenok, V.A. Ivanov, V.V. Lazenka, K. Bentec, Thin Solid Films 520, 5807–5810 (2012) S.A. Bashkirov, V.F. Gremenok, V.A. Ivanov, V.V. Lazenka, K. Bentec, Thin Solid Films 520, 5807–5810 (2012)
72.
Zurück zum Zitat V.F. Gremenok, V.A. Ivanov, H. Izadneshan, V.V. Lazenka, A. Bakouie, Nanosyst. Phys. Chem. Math. 5(6), 789–795 (2014) V.F. Gremenok, V.A. Ivanov, H. Izadneshan, V.V. Lazenka, A. Bakouie, Nanosyst. Phys. Chem. Math. 5(6), 789–795 (2014)
73.
Zurück zum Zitat W. Wang, K.K. Leung, W.K. Fong, S.F. Wang, Y.Y. Hui, S.P. Lau, Z. Chen, L.J. Shi, C.B. Cao, C. Surya, J. Appl. Phys. 111(9), 093520 (2012) W. Wang, K.K. Leung, W.K. Fong, S.F. Wang, Y.Y. Hui, S.P. Lau, Z. Chen, L.J. Shi, C.B. Cao, C. Surya, J. Appl. Phys. 111(9), 093520 (2012)
74.
Zurück zum Zitat S.S. Hegde, A.G. Kunjomana, M. Prashantha, C. Kumar, K. Ramesh, Thin Solid Films 545, 543–547 (2013) S.S. Hegde, A.G. Kunjomana, M. Prashantha, C. Kumar, K. Ramesh, Thin Solid Films 545, 543–547 (2013)
75.
Zurück zum Zitat O.E. Ogah, G. Zoppi, I. Forbes, R.W. Miles, Thin Solid Films 517, 2485–2488 (2009) O.E. Ogah, G. Zoppi, I. Forbes, R.W. Miles, Thin Solid Films 517, 2485–2488 (2009)
76.
Zurück zum Zitat R.W. Miles, O.E. Ogah, G. Zoppi, I. Forbes, Thin Solid Films 517, 4702–4705 (2009) R.W. Miles, O.E. Ogah, G. Zoppi, I. Forbes, Thin Solid Films 517, 4702–4705 (2009)
77.
Zurück zum Zitat B. Ghosh, R. Bhattacharje, P. Banerjee, S. Das, Appl. Surf. Sci. 257, 3670–3676 (2011) B. Ghosh, R. Bhattacharje, P. Banerjee, S. Das, Appl. Surf. Sci. 257, 3670–3676 (2011)
78.
Zurück zum Zitat P.K. Nair, M.T.S. Nair, J. Phys. D Appl. Phys. 24(1), 83–87 (1991) P.K. Nair, M.T.S. Nair, J. Phys. D Appl. Phys. 24(1), 83–87 (1991)
79.
Zurück zum Zitat X. Jiaxiong, Y. Yang, Z. Xie, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 25(7), 3028–3033 (2014) X. Jiaxiong, Y. Yang, Z. Xie, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 25(7), 3028–3033 (2014)
80.
Zurück zum Zitat B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Energy Mater. Sol. Cells 92, 1099–1104 (2008) B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Energy Mater. Sol. Cells 92, 1099–1104 (2008)
81.
Zurück zum Zitat N. Revathi, S. Bereznev, J. Iljina, M. Safonova, E. Mellikov, O. Volobujeva, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 24, 4739–4744 (2013) N. Revathi, S. Bereznev, J. Iljina, M. Safonova, E. Mellikov, O. Volobujeva, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 24, 4739–4744 (2013)
82.
Zurück zum Zitat B. Subramanian, C. Sanjeeveiraja, M. Jayachandran, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 79(1), 57 (2003) B. Subramanian, C. Sanjeeveiraja, M. Jayachandran, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 79(1), 57 (2003)
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Zurück zum Zitat P. Pramanik, P.K. Basu, S. Biswas, Thin Solid Films 150(2–3), 269–276 (1987) P. Pramanik, P.K. Basu, S. Biswas, Thin Solid Films 150(2–3), 269–276 (1987)
84.
Zurück zum Zitat M. Ristov, G. Sinadinovski, I. Grozdanov, M. Mitreski, Thin Sold films 173(1), 53–58 (1989) M. Ristov, G. Sinadinovski, I. Grozdanov, M. Mitreski, Thin Sold films 173(1), 53–58 (1989)
85.
Zurück zum Zitat R.D. Engelken, S. Ali, L.N. Chang, C. Brinkley, K. Turner, C. Hester, Mater. Lett. 10(6), 264–274 (1990) R.D. Engelken, S. Ali, L.N. Chang, C. Brinkley, K. Turner, C. Hester, Mater. Lett. 10(6), 264–274 (1990)
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Zurück zum Zitat C.D. Lokhande, Mater. Chem. Phys. 27(1), 1–43 (1991) C.D. Lokhande, Mater. Chem. Phys. 27(1), 1–43 (1991)
87.
Zurück zum Zitat M.T.S. Nair, P.K. Nair, Semicond. Sci. Technol. 6, 132–134 (1991) M.T.S. Nair, P.K. Nair, Semicond. Sci. Technol. 6, 132–134 (1991)
88.
Zurück zum Zitat P.K. Nair, M.T.S. Nair, V.M. Garcia, O.L. Arenas, Y. Pena, A. Castillo, I.T. Ayala, O. Gomezdaza, A. Sanchez, J. Campos, H. Hu, R. Suarez, M.E. Rincon, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 52, 313–344 (1998) P.K. Nair, M.T.S. Nair, V.M. Garcia, O.L. Arenas, Y. Pena, A. Castillo, I.T. Ayala, O. Gomezdaza, A. Sanchez, J. Campos, H. Hu, R. Suarez, M.E. Rincon, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 52, 313–344 (1998)
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Zurück zum Zitat A. Tanusevski, Semicond. Sci. Technol. 18, 501 (2003) A. Tanusevski, Semicond. Sci. Technol. 18, 501 (2003)
90.
Zurück zum Zitat T.-m. Lei, Y. H, H. Li, L. Li, X. Feng, S. Liu, J. Synth. Cryst. 34, 484–486 (2005) T.-m. Lei, Y. H, H. Li, L. Li, X. Feng, S. Liu, J. Synth. Cryst. 34, 484–486 (2005)
91.
Zurück zum Zitat D. Avellaneda, G. Delgado, M. Nair, P. Nair, Thin Solid Films 515, 5771–5776 (2007) D. Avellaneda, G. Delgado, M. Nair, P. Nair, Thin Solid Films 515, 5771–5776 (2007)
92.
Zurück zum Zitat A. Akkari, N.T. Ben, N. Kamoun, Fundamental and applied spectroscopy, in AIP Conference Proceedings, vol. 935, pp. 37–42 (2007) A. Akkari, N.T. Ben, N. Kamoun, Fundamental and applied spectroscopy, in AIP Conference Proceedings, vol. 935, pp. 37–42 (2007)
93.
Zurück zum Zitat M. Safonova, P.K. Nair, E. Mellikov, A.R. Garcia, K. Kerm, N. Revathi, T. Romann, V. Mikli, O. Volobujeva, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 25, 3160–3165 (2014) M. Safonova, P.K. Nair, E. Mellikov, A.R. Garcia, K. Kerm, N. Revathi, T. Romann, V. Mikli, O. Volobujeva, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 25, 3160–3165 (2014)
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Zurück zum Zitat C. Gao, H. Shen, L. Sun, Appl. Surf. Sci. 257, 6750–6755 (2011) C. Gao, H. Shen, L. Sun, Appl. Surf. Sci. 257, 6750–6755 (2011)
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Zurück zum Zitat L.K. Khel, S. Khan, M.I. Zaman, J. Chem. Soc. Pak. 27, 24–28 (2005) L.K. Khel, S. Khan, M.I. Zaman, J. Chem. Soc. Pak. 27, 24–28 (2005)
96.
Zurück zum Zitat P. Sinsermsuksakul, K. Hartman, S.B. Kim, J. Heo, L. Sun, H.H. Park, R. Chakraborty, T. Buonassisi, R.G. Gordon, Appl. Phys. Lett. 102, 053901 (2013) P. Sinsermsuksakul, K. Hartman, S.B. Kim, J. Heo, L. Sun, H.H. Park, R. Chakraborty, T. Buonassisi, R.G. Gordon, Appl. Phys. Lett. 102, 053901 (2013)
97.
Zurück zum Zitat L.S. Price, I.P. Parkin, T.G. Hillbert, K.C. Molloy, Chem. Vapor. Depos. 4(6), 222 (1998) L.S. Price, I.P. Parkin, T.G. Hillbert, K.C. Molloy, Chem. Vapor. Depos. 4(6), 222 (1998)
98.
Zurück zum Zitat G. Barone, T.G. Hibbert, M.F. Mahon, K.C. Molly, L.S. Price, I.P. Parkin, A.M.E. Hardy, M.N. Field, J. Mater. Chem. 11(1), 464–468 (2001) G. Barone, T.G. Hibbert, M.F. Mahon, K.C. Molly, L.S. Price, I.P. Parkin, A.M.E. Hardy, M.N. Field, J. Mater. Chem. 11(1), 464–468 (2001)
99.
Zurück zum Zitat A.S. Juarez, A. Ortiz, Semicond. Sci. Technol. 17(9), 931–937 (2002) A.S. Juarez, A. Ortiz, Semicond. Sci. Technol. 17(9), 931–937 (2002)
100.
Zurück zum Zitat L. Price, I.P. Parkin, A.M.E. Hardy, R.J.H. Clark, Chem. Mater. 11, 1792–1799 (1999) L. Price, I.P. Parkin, A.M.E. Hardy, R.J.H. Clark, Chem. Mater. 11, 1792–1799 (1999)
101.
Zurück zum Zitat A. Tanuševski, D. Poelman, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 80, 297–303 (2003) A. Tanuševski, D. Poelman, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 80, 297–303 (2003)
102.
Zurück zum Zitat K. Mishra, K. Rajeshwar, A. Weiss, M. Murley, R.D. Engelken, M. Slayton, H.E. McCloud, Electrochem. Soc. 136, 1915 (1989) K. Mishra, K. Rajeshwar, A. Weiss, M. Murley, R.D. Engelken, M. Slayton, H.E. McCloud, Electrochem. Soc. 136, 1915 (1989)
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Zurück zum Zitat S.A. Jodgudri, U.K. Mohite, K.M. Gadave, C.D. Lokhande, Indian J. Pure Appl. Phys. 32, 772 (1994) S.A. Jodgudri, U.K. Mohite, K.M. Gadave, C.D. Lokhande, Indian J. Pure Appl. Phys. 32, 772 (1994)
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Zurück zum Zitat Z. Zainal, M.Z. Hussein, A. Ghazali, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 40, 347–357 (1996) Z. Zainal, M.Z. Hussein, A. Ghazali, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 40, 347–357 (1996)
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Zurück zum Zitat A. Ghazali, Z. Zainal, M.Z. Hussein, A. Kassim, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 55, 237–249 (1998) A. Ghazali, Z. Zainal, M.Z. Hussein, A. Kassim, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 55, 237–249 (1998)
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Zurück zum Zitat M. Ichimura, K. Takeuchi, Y. Ono, E. Arai, in Proceeding of the European Materials Research Society Spring Meeting, Strasbourg, 1999, Symposium O-PS/22 (1999) M. Ichimura, K. Takeuchi, Y. Ono, E. Arai, in Proceeding of the European Materials Research Society Spring Meeting, Strasbourg, 1999, Symposium O-PS/22 (1999)
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Zurück zum Zitat M. Ichimura, K. Takeuchi, Y. Ono, E. Arai, Thin Solid Films 361–362, 98–101 (2000) M. Ichimura, K. Takeuchi, Y. Ono, E. Arai, Thin Solid Films 361–362, 98–101 (2000)
108.
Zurück zum Zitat M. Ristov, G. Sinadovski, M. Mitreski, M. Ristova, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 69(1), 17–24 (2001) M. Ristov, G. Sinadovski, M. Mitreski, M. Ristova, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 69(1), 17–24 (2001)
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Zurück zum Zitat K. Takeuchi, M. Ichimura, E. Arai, Y. Yamazaki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 75, 427–432 (2003) K. Takeuchi, M. Ichimura, E. Arai, Y. Yamazaki, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 75, 427–432 (2003)
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Zurück zum Zitat Z. Zainal, S. Nagalingam, T.M. Hua, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 16, 281–285 (2005) Z. Zainal, S. Nagalingam, T.M. Hua, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 16, 281–285 (2005)
111.
Zurück zum Zitat K.Y. Jain, H. Sharma, K.N. Sood, Rashmi, S.T. Lakshmikumar, in Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference Florida, vol. 468 (2005) K.Y. Jain, H. Sharma, K.N. Sood, Rashmi, S.T. Lakshmikumar, in Conference Record of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference Florida, vol. 468 (2005)
112.
Zurück zum Zitat S. Cheng, Y. Chen, C. Huang, G. Chen, Thin Solid Films 500, 96–100 (2006) S. Cheng, Y. Chen, C. Huang, G. Chen, Thin Solid Films 500, 96–100 (2006)
113.
Zurück zum Zitat Y. Li, J.P. Tu, H.M. Wu, Y.F. Yuan, D.Q. Shi, Mater. Sci. Eng. B 128, 75–79 (2006) Y. Li, J.P. Tu, H.M. Wu, Y.F. Yuan, D.Q. Shi, Mater. Sci. Eng. B 128, 75–79 (2006)
114.
Zurück zum Zitat S. Cheng, Y. Chen, Y. He, G. Chen, Mater. Lett. 61(6), 1408–1412 (2007) S. Cheng, Y. Chen, Y. He, G. Chen, Mater. Lett. 61(6), 1408–1412 (2007)
115.
Zurück zum Zitat M. Gunasekaran, M. Ichimura, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91, 774 (2007) M. Gunasekaran, M. Ichimura, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91, 774 (2007)
116.
Zurück zum Zitat J.R.S. Brownson, C. Georges, C. Lévy-Clement, Chem. Mater. 18(26), 6397–6402 (2006) J.R.S. Brownson, C. Georges, C. Lévy-Clement, Chem. Mater. 18(26), 6397–6402 (2006)
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Zurück zum Zitat N.R. Mathews, Semicond. Sci. Technol. 25, 105010 (2010) N.R. Mathews, Semicond. Sci. Technol. 25, 105010 (2010)
118.
Zurück zum Zitat R. Mariappan, T. Mahalingam, V. Ponnuswamy, Opt. Int. J. Light Electron. Opt. 122(24), 2216–2219 (2011) R. Mariappan, T. Mahalingam, V. Ponnuswamy, Opt. Int. J. Light Electron. Opt. 122(24), 2216–2219 (2011)
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Zurück zum Zitat Z. Xu, Y. Chen, Semicond. Sci. Technol. 27, 035007 (2012) Z. Xu, Y. Chen, Semicond. Sci. Technol. 27, 035007 (2012)
120.
Zurück zum Zitat B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Appl. Surf. Sci. 254(20), 6436–6440 (2008) B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Appl. Surf. Sci. 254(20), 6436–6440 (2008)
121.
Zurück zum Zitat B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Semicond. Sci. Technol. 23, 125013–125018 (2008) B. Ghosh, M. Das, P. Banerjee, S. Das, Semicond. Sci. Technol. 23, 125013–125018 (2008)
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Zurück zum Zitat B. Ghosh, S. Chowdhury, P. Banerjee, S. Das, Thin Solid Films 519(10), 3368–3372 (2011) B. Ghosh, S. Chowdhury, P. Banerjee, S. Das, Thin Solid Films 519(10), 3368–3372 (2011)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Thin Solid Films 325(1–2), 4–6 (1998) N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Thin Solid Films 325(1–2), 4–6 (1998)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K.R. Reddy, J. Phys. D Appl. Phys. 32, 988–990 (1999) N.K. Reddy, K.R. Reddy, J. Phys. D Appl. Phys. 32, 988–990 (1999)
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Zurück zum Zitat B. Thangaraju, P. Kaliannan, J. Phys. D Appl. Phys. 33(9), 1054–1059 (2000) B. Thangaraju, P. Kaliannan, J. Phys. D Appl. Phys. 33(9), 1054–1059 (2000)
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Zurück zum Zitat K. Ramakrishna Reddy, P. Purandar Reddy, R. Miles, P. Datta, Opt. Mater. 17, 295–298 (2001) K. Ramakrishna Reddy, P. Purandar Reddy, R. Miles, P. Datta, Opt. Mater. 17, 295–298 (2001)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Phys. B 368, 25–31 (2005) N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Phys. B 368, 25–31 (2005)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Solid-State Electron. 49, 902–906 (2005) N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Solid-State Electron. 49, 902–906 (2005)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K. Reddy, Mater. Res. Bull. 41, 414–422 (2006) N.K. Reddy, K. Reddy, Mater. Res. Bull. 41, 414–422 (2006)
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Zurück zum Zitat N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Mater. Chem. Phys. 102, 13–18 (2007) N.K. Reddy, K.T.R. Reddy, Mater. Chem. Phys. 102, 13–18 (2007)
131.
Zurück zum Zitat M. Devika, N.K. Reddy, F. Patolsky, K. Ramesh, K.R. Gunasekhar, Appl. Phys. Lett. 95, 261907 (2009) M. Devika, N.K. Reddy, F. Patolsky, K. Ramesh, K.R. Gunasekhar, Appl. Phys. Lett. 95, 261907 (2009)
132.
Zurück zum Zitat T. Sajeesh, C.S. Kartha, C. Sanjeeviraja, Y. Kashiwaba, K.P. Vijayakumar, J. Phys. D Appl. Phys. 43, 445102–445108 (2010) T. Sajeesh, C.S. Kartha, C. Sanjeeviraja, Y. Kashiwaba, K.P. Vijayakumar, J. Phys. D Appl. Phys. 43, 445102–445108 (2010)
133.
Zurück zum Zitat B.G. Jeyaprakash, R.A. Kumar, K. Kesavan, A. Amalarani, J. Am. Sci. 6(3), 22–26 (2010) B.G. Jeyaprakash, R.A. Kumar, K. Kesavan, A. Amalarani, J. Am. Sci. 6(3), 22–26 (2010)
134.
Zurück zum Zitat M.R. Fadavieslam, N. Shahtahmasebi, N. Shahtasmasebi, M.M. Bagheri-Mohagheghi, Phys. Scr. 84, 035705 (2011) M.R. Fadavieslam, N. Shahtahmasebi, N. Shahtasmasebi, M.M. Bagheri-Mohagheghi, Phys. Scr. 84, 035705 (2011)
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Zurück zum Zitat T.H. Sajeesh, A.S. Cheiran, C.S. Kartha, K.P. Vijayakumar, Energy Proc. 15, 325–332 (2012) T.H. Sajeesh, A.S. Cheiran, C.S. Kartha, K.P. Vijayakumar, Energy Proc. 15, 325–332 (2012)
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Zurück zum Zitat T.H. Sajeesh, K.B. Jinesh, M. Rao, C.S. Kartha, K.P. Vijayakumar, Phys. Status Solidi A 209(7), 1274–1278 (2012) T.H. Sajeesh, K.B. Jinesh, M. Rao, C.S. Kartha, K.P. Vijayakumar, Phys. Status Solidi A 209(7), 1274–1278 (2012)
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Zurück zum Zitat M. Patel, I. Mukhopadhyay, A. Ray, Opt. Mater. 35(9), 1693–1699 (2013) M. Patel, I. Mukhopadhyay, A. Ray, Opt. Mater. 35(9), 1693–1699 (2013)
138.
Zurück zum Zitat K.T.R. Reddy, P.P. Reddy, P.K. Datta, R.W. Miles, Thin Solid Films 403–404, 116–119 (2002) K.T.R. Reddy, P.P. Reddy, P.K. Datta, R.W. Miles, Thin Solid Films 403–404, 116–119 (2002)
139.
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Metadaten
Titel
SnS-based thin film solar cells: perspectives over the last 25 years
verfasst von
Jacob A. Andrade-Arvizu
Maykel Courel-Piedrahita
Osvaldo Vigil-Galán
Publikationsdatum
01.07.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 7/2015
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-015-3050-z

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