Fabricage van robuust Nanoscale contact tussen een zilver Nanowire elektrode en CdS buffer Layer in Cu (in, ga) se2 dunne-film zonnecellen
Summary
In dit protocol beschrijven we de gedetailleerde experimentele procedure voor de fabricage van een robuust nano weegschaal contact tussen een zilver nanodraad-netwerk en een CDs-buffer laag in een dun-film Solar Cell van CIGS.
Abstract
Zilver nanodraad-transparante elektroden zijn gebruikt als venster lagen voor cu (in, ga) se2 dunne-film zonnecellen. Kale zilver nanodraad-elektroden resulteren normaal in zeer slechte celprestaties. Het insluiten of inbedden van zilverkleurige nanodraden met matig geleidende transparante materialen, zoals indium tin oxide of zinkoxide, kan de celprestaties verbeteren. De oplossings-verwerkte matrix lagen kunnen echter een significant aantal interfaciaal defecten veroorzaken tussen transparante elektroden en de CdS-buffer, wat uiteindelijk kan resulteren in lage celprestaties. Dit manuscript beschrijft hoe een robuust elektrisch contact tussen een zilver nano-elektrode en de onderliggende CDs-buffer laag in een cu (in, ga) se2 zonnecel te fabriceren, waardoor hoge celprestaties mogelijk zijn met behulp van matrix-vrije zilver nanodraad-transparant Elektroden. De matrix vrije zilver nanodraad–elektrode, gefabriceerd volgens onze methode, bewijst dat de charge-Carrier Collection-capaciteit van zilver nanodraad-elektrode cellen zo goed is als die van standaard cellen met gesputterde ZnO: al/i-ZnO zolang de zilveren nanodraden en Cd’s hebben een kwalitatief hoogwaardig elektrisch contact. Het hoogwaardige elektrische contact werd bereikt door een extra CDs-laag zo dun als 10 nm op het zilverkleurige nanodraad-oppervlak te storten.
Introduction
Zilver nanodraad-(agnw) netwerken zijn uitgebreid bestudeerd als alternatief voor indium tin oxide (ITO) transparant geleidende dunne folies vanwege hun voordelen ten opzichte van conventionele transparante geleidende oxiden (tcos) in termen van lagere verwerkingskosten en betere mechanische flexibiliteit. Oplossing-verwerkte AgNW-netwerk transparante geleidende elektroden (TCEs) zijn zo werkzaam in Cu (in, ga) se2 (CIGS) dunne-film zonnecellen1,2,3,4,5 , 6. oplossingverwerkte agnw tces worden normaliter vervaardigd in de vorm van embedded-agnw of sandwich-agnw structuren in een geleidende matrix zoals PEDOT: PSS, Ito, ZnO, etc.7,8,9, 10,11 de matrix lagen kunnen de collectie van de laad dragers die in de lege ruimten van het agnw-netwerk aanwezig zijn, versterken.
De matrix lagen kunnen echter interfaciaal defecten genereren tussen de matrix laag en de onderliggende cd’s buffer Layer in CIGS thin-film zonnecellen12,13. De interfaciaal defecten veroorzaken vaak een knik in de huidige dichtheids-voltage (J-V) curve, wat resulteert in een lage vulfactor (FF) in de cel, wat schadelijk is voor de zonnecellen. We hebben eerder een methode gemeld om dit probleem op te lossen door selectief een extra Thin CdS Layer (2ND CDs Layer) te storten tussen de agnws en de CDs buffer Layer14. De opname van een extra CdS-laag versterkte de contact eigenschappen in de kruising tussen de AgNW-en CdS-lagen. De carrier-collectie in het AgNW-netwerk werd daardoor sterk verbeterd en de celprestaties werden verbeterd. In dit protocol beschrijven we de experimentele procedure om een robuust elektrisch contact tussen het AgNW-netwerk en de CdS-buffer laag te fabriceren met behulp van een 2ND -CDs-laag in een dun-film Solar Cell van CIGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Merk op dat de afzetting tijd van de 2ND CDs-laag moet worden geoptimaliseerd om de optimale celprestaties te bereiken. Naarmate de afzetting tijd toeneemt, neemt de dikte van de 2ND CDs-laag toe, en daardoor zal het elektrische contact verbeteren. Echter, verdere afzetting van de 2ND CDs-laag zal resulteren in een dikkere laag die licht absorptie vermindert, en de efficiëntie van het apparaat zal afnemen. We bereikten de beste celprestaties met 10 min afzetting tijd voor de 2ND</su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door het in-House onderzoeks-en ontwikkelingsprogramma van het Korea Institute of Energy Research (KIER) (B9-2411) en het basis wetenschaps onderzoeksprogramma via de National Research Foundation of Korea (NRF), gefinancierd door het ministerie van Onderwijs (Grant NRF-2016R1D1A1B03934840).
Materials
| Mo | Materion | Purity: 3N5 | Mo sputtering |
| Cu | 5N Plus | Purity: 4N7 | CIGS deposition |
| In | 5N Plus | Purity: 5N | CIGS deposition |
| Ga | 5N Plus | Purity: 5N | CIGS deposition |
| Se | 5N Plus | Purity: 5N | CIGS deposition |
| Ammonium acetate | Alfa Aesar | 11599 | CdS reaction solution |
| Ammonium hydroxide | Alfa Aesar | L13168 | CdS reaction solution |
| Cadmium acetate dihydrate | Sigma-Aldrich | 289159 | CdS reaction solution |
| Thiourea | Sigma-Aldrich | T8656 | CdS reaction solution |
| Silver Nanowire | ACSMaterial | AgNW-L30 | AgNW dispersion |
References
- Lee, S., et al. Determination of the lateral collection length of charge carriers for silver-nanowire-electrode-based Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Solar Energy. 180, 519-523 (2019).
- Langley, D., et al. Flexible transparent conductive materials based on silver nanowire networks: a review. Nanotechnology. 24 (45), 452001 (2013).
- Chung, C. -. H., et al. Silver nanowire composite window layers for fully solution-deposited thin-film photovoltaic devices. Advanced Materials. 24 (40), 5499-5504 (2012).
- Liu, C. -. H., Yu, X. Silver nanowire-based transparent, flexible, and conductive thin film. Nanoscale Research Letters. 6 (1), (2011).
- Yu, Z., et al. Highly flexible silver nanowire electrodes for shape-memory polymer light-emitting diodes. Advanced Materials. 23 (5), 664-668 (2011).
- Chung, C. -. H., Hong, K. -. H., Lee, D. -. K., Yun, J. H., Yang, Y. Ordered vacancy compound formation by controlling element redistribution in molecular-level precursor solution processed CuInSe2 thin films. Chemistry of Materials. 27 (21), 7244-7247 (2015).
- Kim, A., Won, Y., Woo, K., Kim, C. -. H., Moon, J. Highly transparent low resistance ZnO/Ag Nanowire/ZnO composite electrode for thin film solar cells. ACS Nano. 7 (2), 1081-1091 (2013).
- Singh, M., Jiu, J., Sugahara, T., Suganuma, K. Thin-film copper indium gallium selenide solar cell based on low-temperature all-printing process. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (18), 16297-16303 (2014).
- Kim, A., Won, Y., Woo, K., Jeong, S., Moon, J. All-solution-processed indium-free transparent composite electrodes based on Ag Nanowire and Metal Oxide for thin-film solar cells. Advanced Functional Materials. 24 (17), 2462-2471 (2014).
- Shin, D., Kim, T., Ahn, B. T., Han, S. M. Solution-processed Ag Nanowires + PEDOT:PSS hybrid electrode for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. ACS Applied Materials and Interfaces. 7 (24), 13557-13563 (2015).
- Wang, M., Choy, K. -. L. All-nonvacuum-processed CIGS solar cells using scalable Ag NWs/AZO-based transparent electrodes. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (26), 16640-16648 (2016).
- Jang, J., et al. Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells with solution processed silver nanowire composite window layers: buffer/window junctions and their effects. Solar Energy Materials and Solar Cells. 170, 60-67 (2017).
- Chung, C. -. H., Bob, B., Song, T. -. B., Yang, Y. Current-voltage characteristics of fully solution processed high performance CuIn(S,Se)2 solar cells: crossover and red kink. Solar Energy Materials and Solar Cells. 120, 642-646 (2014).
- Lee, S., et al. Robust nanoscale contact of silver nanowire electrodes to semiconductors to achieve high performance chalcogenide thin film solar cells. Nano Energy. 53, 675-682 (2018).
