Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池における銀ナノワイヤー電極とCdSバッファー層間の堅牢なナノスケール接触の製造
Summary
本プロトコルでは、CIGS薄膜太陽電池における銀ナノワイヤネットワークとCdSバッファ層との間の堅牢なナノスケール接触の製造のための詳細な実験手順について述べた。
Abstract
銀ナノワイヤー透明電極は、Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池の窓層として採用されている。ベア銀ナノワイヤー電極は、通常、非常に悪い細胞性能をもたらす。インジウムスズ酸化物や酸化亜鉛などの適度な導電性透明材料を使用して銀ナノワイヤを埋め込んだり挟んだりすると、細胞の性能を向上させることができます。しかし、溶液処理されたマトリックス層は、透明な電極とCdSバッファの間にかなりの数の界面欠陥を引き起こす可能性があり、最終的には低い細胞性能をもたらす可能性があります。この原稿では、Cu(In,Ga)Se2太陽電池における銀ナノワイヤー電極と基礎となるCdSバッファー層との間の堅牢な電気的接触を製造する方法について説明し、マトリックスフリーの銀ナノワイヤ透明を使用して高い細胞性能を実現する方法を説明します。電極。本手法で製造されたマトリックスフリーの銀ナノワイヤ電極は、銀ナノワイヤー電極系細胞の電荷担体収集能力が、スパッタ付きZnO:Al/i-ZnOを有する標準細胞と同じくらい優れた性能を有することを証明している。CdSは、高品質の電気接点を持っています。高品質の電気接触は、銀ナノワイヤー表面に10nmの薄い追加のCdS層を堆積することによって達成された。
Introduction
銀ナノワイヤー(AgNW)ネットワークは、従来の透明導電酸化物(TCIO)に比べた低い処理コストの面で優位性を有するため、酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜の代替として広く研究されてきた。より良い機械的柔軟性。溶液処理AgNWネットワーク透明導電電極(TCE)は、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽電池1、2、3、4、5に採用されています。 ,6.溶液処理されたAgNW TCは、通常、PEDOTのような導電性マトリックスで組み込みAgNWまたはサンドイッチAgNW構造の形で製造される:PSS、ITO、ZnO、等の7、8、9、 10,11マトリックス層は、AgNWネットワークの空きスペースに存在する電荷キャリアのコレクションを強化することができる。
しかしながら、マトリックス層は、CIGS薄膜太陽電池12,13において、マトリックス層と基礎となるCdSバッファー層との間に界面欠陥を生成することができる。界面欠陥は、多くの場合、電流密度電圧(J-V)曲線にキンクを引き起こし、その結果、太陽電池の性能に悪影響を及ぼすセル内の低充填因子(FF)を生じます。以前に、AgNWs と CdS バッファー層14の間に追加のシン CdS 層 (2nd CdS 層) を選択的にデポジットすることで、この問題を解決する方法を報告しました。追加の CdS レイヤーの組み込みにより、AgNW 層と CdS 層の接合部の接触プロパティが強化されました。その結果、AgNWネットワークにおけるキャリア収集が大幅に改善され、セル性能が向上しました。本プロトコルでは、CIGS薄膜太陽電池における2nd CdS層を用いてAgNWネットワークとCdSバッファ層との間の堅牢な電気的接触を製造するための実験手順について述べた。
Protocol
Representative Results
Discussion
最適なセルパフォーマンスを達成するには、2番目の CdS 層の堆積時間を最適化する必要があります。堆積時間が大きくなるにつれて、2番目のCdS層の厚さが増し、その結果、電気的接触が改善されます。しかし、2番目のCdS層のさらなる堆積は、光吸収を減少させる厚い層をもたらし、デバイスの効率が低下します。2nd CdS層の堆積時間10分で最高の細胞性能を達…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、韓国エネルギー研究所(KIER)の社内研究開発プログラム(B9-2411)と韓国国立研究財団(NRF)の助成を受けた基礎科学研究プログラムの支援を受けた。教育(グラント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).
