Fabrikasjon av robust nanoskala kontakt mellom en Silver Nanowire elektrode og CD buffer lag i Cu (in, ga) se2 Thin-Film solceller
Summary
I denne protokollen, beskriver vi detaljert eksperimentell prosedyre for fabrikasjon av en robust nanoskala kontakt mellom en sølv Nanowire nettverk og CDer buffer laget i en CIGS tynn-film solcelle.
Abstract
Silver Nanowire gjennomsiktige elektroder har vært ansatt som vindus lag for Cu (in, ga) se2 tynne-film solceller. Bare sølv Nanowire elektroder normalt føre til svært dårlig celle ytelse. Innebygging eller sandwiching av sølv nanotråder ved hjelp av moderat ledende transparent materiale, for eksempel Indium tinn oksid eller sink oksid, kan forbedre celle ytelsen. Imidlertid kan løsnings behandlede matrise lag forårsake et betydelig antall grenseflate defekter mellom gjennomsiktige elektroder og CDer buffer, som til slutt kan føre til lav celle ytelse. Dette manuskriptet beskriver hvordan å dikte robust elektrisk kontakt mellom en sølv Nanowire elektrode og den underliggende CdS buffer laget i en Cu (in, ga) se2 sol celle, slik at høy celle ytelse ved hjelp av Matrix-fri sølv Nanowire transparent Elektroder. Matrisen-fri sølv Nanowire elektrode fabrikkert ved vår metode beviser at charge-carrier samling evne til sølv Nanowire elektrode-baserte celler er så godt som for standard celler med freste ZnO: Al/i-ZnO så lenge sølv nanotråder og CDer har elektrisk kontakt av høy kvalitet. Høy kvalitet elektrisk kontakt ble oppnådd ved å sette inn et ekstra CdS lag så tynne som 10 NM på sølv Nanowire overflaten.
Introduction
Silver Nanowire (AgNW) nettverk har blitt grundig studert som et alternativ til Indium tinn oksid (ITO) transparent gjennomføre tynne filmer på grunn av sine fordeler fremfor konvensjonelle gjennomsiktige gjennomføre oksider (transparent Conductive oxides) i form av lavere prosesserings kostnader og bedre mekanisk fleksibilitet. Solution-behandlet AgNW nettverk transparent gjennomfører elektroder (TCEs) har dermed vært ansatt i Cu (in, ga) se2 (CIGS) Thin-Film solceller1,2,3,4,5 , 6. Solution-behandlet AgNW TCEs er normalt fabrikkert i form av embedded-AgNW eller sandwich-AgNW strukturer i en ledende matrise som PEDOT: PSS, Ito, ZnO, etc.7,8,9, 10,11 Matrix lag kan forbedre at samlingen av belaste bærere til stede i den tomme områder av AgNW nettverket.
Imidlertid kan Matrix lag generere grenseflate defekter mellom Matrix laget og underliggende CDS buffer laget i CIGS Thin-Film solceller12,13. Grenseflate defekter ofte føre til en knekk i dagens tetthet-spenning (J-V) kurve, noe som resulterer i en lav fylle faktor (FF) i cellen, noe som er skadelig for sol celle ytelse. Vi har tidligere rapportert en metode for å løse dette problemet ved å selektivt sette inn en ekstra tynne CDer laget (2nd CDS lag) mellom AgNWs og CDS buffer lag14. Inkorporering av et ekstra CdS-lag forbedret kontakt egenskapene i krysset mellom AgNW-og CdS-lagene. Derfor ble transportør samlingen i AgNW-nettverket kraftig forbedret, og celle ytelsen ble forbedret. I denne protokollen, beskriver vi den eksperimentelle prosedyren for å dikte robust elektrisk kontakt mellom AgNW nettverket og CdS buffer laget ved hjelp av en 2nd CDS lag i en CIGS tynn-film solcelle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Merk at deponering tid av 2nd CDS laget må optimaliseres for å oppnå optimal celle ytelse. Som deponering tid øker, tykkelsen på 2nd CDS lag øker, og følgelig vil den elektriske kontakten forbedres. Men videre deponering av 2nd CDS laget vil resultere i et tykkere lag som reduserer lys absorpsjon, og enheten effektivitet vil avta. Vi oppnådde den beste cellen ytelse med 10 min av deponering tid for 2nd CDS laget og fastslått at cellen effektiviteten redusert med lengre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble støttet av in-House Research and Development program av Korea Institute of Energy Research (KIER) (B9-2411) og Basic Science Research program gjennom National Research Foundation of Korea (NRF) finansiert av departementet for Utdanning (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).
