Cu(In,Ga)Se2 박막 태양전지의 실버 나노와이어 전극과 CdS 버퍼 층 간의 견고한 나노스케일 접촉 제조

Summary

이 프로토콜에서, 우리는 CIGS 박막 태양 전지에서 은 나노 와이어 네트워크와 CdS 버퍼 층 사이의 강력한 나노 스케일 접촉의 제조에 대한 상세한 실험 절차를 설명합니다.

Abstract

실버 나노와이어 투명 전극은 Cu(In,Ga)Se₂ 박막 태양전지용 윈도우 레이어로 사용되어 왔다. 베어 실버 나노 와이어 전극은 일반적으로 매우 가난한 세포 성능을 초래한다. 인듐 주석 산화물 또는 산화 아연과 같은 적당히 전도성 투명 재료를 사용하여 실버 나노 와이어를 포함하거나 샌드위치하면 세포 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그러나, 용액 처리 매트릭스 층은 투명 전극과 CdS 버퍼 사이에 상당한 수의 계면 결함을 일으킬 수 있으며, 이는 결국 낮은 세포 성능을 초래할 수 있습니다. 이 원고는 Cu(In,Ga)Se₂ 태양전지에서 실버 나노와이어 전극과 기본 CdS 버퍼 층 사이의 강력한 전기 적 접촉을 제조하는 방법을 설명하여 매트릭스가 없는 실버 나노와이어투명을 사용하여 높은 셀 성능을 가능하게 합니다. 전극. 우리의 방법에 의해 제조 된 매트릭스 무료 실버 나노 와이어 전극은 실버 나노 와이어 전극 기반 셀의 충전 캐리어 수집 능력이 실버 나노 와이어만큼 스퍼터링 ZnO : Al / i-ZnO가있는 표준 셀만큼 좋다는 것을 증명합니다. CdS에는 고품질 전기 접촉이 있습니다. 고품질 전기 접촉은 은 나노와이어 표면에 10 nm의 얇은 추가 CdS 층을 증착함으로써 달성되었다.

Introduction

실버 나노와이어(AgNW) 네트워크는 낮은 처리 비용 측면에서 기존의 투명 전도산화물(TCO)에 비해 장점으로 인해 인듐 주석 산화물(ITO) 투명 전도 박막의 대안으로 광범위하게 연구되어 왔다. 기계적 유연성이 향상됩니다. 솔루션 처리 AgNW 네트워크 투명 전도전극 (TC)는 따라서 Cu (In,Ga)Se₂ (CIGS) 박막 태양 전지^1,2,3,4,5에 사용되었습니다. ^{, 6}. 솔루션 처리 AgNW TC는 일반적으로 PEDOT : PSS, ITO, ZnO등과 같은 전도성 매트릭스에서 임베디드AgNW 또는 샌드위치 AgNW 구조의 형태로 제작됩니다. ^{도 10,}

Protocol

1. DC 마그네트론 스퍼터링에 의한 모 코팅 유리 준비

1. 세척된 유리 기판을 DC 마그네트론에 적재하고 4 x 10-6 Torr 이하로 펌프합니다.
2. 유동 Ar 가스 및 작업 압력을 20 mTorr로 설정합니다.
3. 플라즈마를 켜고 DC 출력 전력을 3kW로 늘립니다.
4. 표적 세척을 위해 3분의 스퍼터링 을 한 후, 모 막 두께가 약 350 nm에 도달할 때까지 모 증착을 시작합니다.
5. 동일한 출력 전력(즉, 3kW)을 유지하면서 작업 압력을 15mTorr로 설정합니다.
6. Mo의 총 두께가 약 750 nm에 도달할 때까지 모 증착을 재개한다.

2. CIGS 흡수기 층 증착3단 응비에 의해

1. 모 코팅 유리를 5 x 10-6 Torr보다 낮은 진공 하에서 예열된 공동 증발기로 적재합니다.
2. 각각 2.5 Å/s, 1.3 Å/s 및 15 Å/s의 증착 속도를 산출하는 In, Ga 및 Se 삼출량 세포의 온도를 설정합니다.
   1. 석영 크리스탈 마이크로 밸런스 (QCM) 기술을 사용하여 증착 속도를 확인합니다. 증착 속도는 삼출 세포의 설정 온도 및 삼출 세포 내의 물....

Results

(a) 표준 ZnO:Al/i-ZnO 및 (b) AgNW TCE를 가진 CIGS 태양전지의 층 구조는 그림3에 도시되어 있다. CIGS의 표면 형태는 거칠고, 나노 스케일 갭은 AgNW 층과 기본 CdS 버퍼 층 사이에 형성될 수 있다. 도 3A에서강조한 바와 같이, 2nd CdS 층은 나노 스케일 갭상에 선택적으로 증착되어 안정적인 전기 적 접촉을 생성할 수 있다. 전기적 접촉의 형성 및 전기적 특성 및 장치 성능의 향상에 대한 자세한 설명은 참고 14에서 확인할 수 있다. 단면 SEM 및 TEM을 포함하는 AgNW 및 CdS 접합의 구조적 분석 및 상응하는 원소 매핑은 또한 참조 14에서 확인할 수 있다.

Discussion

최적의 셀 성능을 달성하기 위해 2nd CdS 층의 증착 시간을 최적화해야 합니다. 증착 시간이 증가함에 따라 2nd CdS 층의 두께가 증가하여 결과적으로 전기 접촉이 향상됩니다. 그러나, 2nd CdS 층의 추가 증착은 빛 흡수를 감소시키는 두꺼운 층을 초래할 것이고, 장치 효율은 감소할 것이다. 우리는 2nd CdS 층에 대한 증착 시간 10 분으로 최고의 세포 성능을 달성하고 더 긴 증착 시간으로 세포 효율이 감소한다는 것을 결정했습니다.

우리의 방법을 평가하기 위해, 우리는 그림 3A^14에설명된 바와 같이, Ag@CdS NW 기반 CIGS 태양 전지의 장치 성능을 스퍼터드 ZnO:Al/i-ZnOl TCO를 가진 표준 CIGS 태양전지의 장치 성능과 비교했습니다. J-V 특성은 거의 동일했고 전반적인.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Mo	Materion	순도 : 3N5	Mo sputtering
Cu	5N Plus	순도 : 4N7	CIGS 증착
In	5N Plus	순도 : 5N	CIGS 증착
Ga	5N Plus	순도 : 5N	CIGS 증착
Se	5N Plus	순도 : 5N	CIGS 증착
암모늄 아세테이트	Alfa Aesar	11599	CdS 반응 용액
산화 암	모늄 Alfa Aesar	L13168	CdS 반응 용액
카드뮴 아세테이트 이수화	물 Sigma-Aldrich	289159	CdS 반응 용액
Thiourea	Sigma-Aldrich	T8656	CdS 반응 용액
은 나노 와이어	ACSMaterial	AgNW-L30	AgNW 분산액