Изготовление Robust Nanoscale Контакт между Серебряный Nanowire Электрод и CdS буфер слоя в Cu (In,Ga)Se2 Тонкопленочные солнечные клетки
Summary
В этом протоколе мы описываем детальную экспериментальную процедуру изготовления надежного наномасштабного контакта между серебряной нанопроводной сетью и буферным слоем CdS в тонкопленочной солнечной ячейке CIGS.
Abstract
Серебряные нанопроводпрозрачные электроды были использованы в качестве оконных слоев для Cu(In,Ga)Se2 тонкопленочных солнечных элементов. Голые серебряные электроды нанопровода обычно приводят к очень плохой производительности клеток. Встраивание или зажатие серебряных нанопроводов с использованием умеренно проводящих прозрачных материалов, таких как оксид огния индиум или оксид цинка, может улучшить производительность клеток. Однако матричные слои, обработанные решением, могут вызвать значительное количество межфамальных дефектов между прозрачными электродами и буфером CDS, что в конечном итоге может привести к низкой производительности клеток. Данная рукопись описывает, как изготовить надежный электрический контакт между серебряным электродом нанопровода и базовым буферным слоем CdS в солнечной ячейке Cu(In,Ga)Se 2, что позволяет высокой производительности клеток с помощью матрично-свободного серебра нанопровода прозрачным Электроды. Матрично-свободный серебряный нанопровод электрод, изготовленный нашим методом, доказывает, что способность зарядного носителя сбора серебряных нанопроводных электродов так же хороша, как и у стандартных ячеек с распыленными Зно:Аль/и-зоно до тех пор, пока серебряные нанопроводы и CdS имеют высококачественный электрический контакт. Высококачественный электрический контакт был достигнут путем внесения дополнительного слоя CdS тонких, как 10 нм на поверхность серебряного нанопровода.
Introduction
Серебряные нанопроводные (AgNW) сети были широко изучены в качестве альтернативы оксида огния индиум (ITO) прозрачного проведения тонких пленок из-за их преимущества по сравнению с обычными прозрачными провода оксидов (TCOs) с точки зрения более низкой стоимости обработки и лучше механическая гибкость. Решение обработанных agNW сети прозрачных проводящих электродов (TCEs), таким образом, были использованы в Cu (In,Ga)Se2 (CIGS) тонкопленочных солнечных элементов1,2,3,4,5 , 6. Решения обработанных AgNW TCEs, как правило, изготовлены в виде встроенных-AgNW или сэндвич-AgNW структур в проводящих матрицы, такие как PEDOT:PSS, ITO, ЗНО, и т.д.7,8,9, 10,11 Матричные слои могут повысить, что сбор носителей заряда присутствует в пустых пространствах сети AgNW.
Тем не менее, матричные слои могут генерировать межлицевые дефекты между матричным слоем и базовым буферным слоем CdS в тонкопленочных солнечных элементах CIGS12,13. Межфамальные дефекты часто вызывают излом в текущей плотности напряжения (J-V) кривой, в результате чего низкий коэффициент заполнения (FF) в ячейке, что вредно для производительности солнечных батарей. Ранее мы сообщали о методе решения этой проблемы путем выборочного депонирования дополнительного тонкого слоя CdS(2-й слой CdS) между AgNWs и буферным слоем CdS14. Включение дополнительного слоя CdS повысило контактные свойства на стыке слоев AgNW и CdS. В результате, коллекция перевозчиков в сети AgNW была значительно улучшена, а производительность ячейки была улучшена. В этом протоколе мы описываем экспериментальную процедуру изготовления надежного электрического контакта между сетью AgNW и буферным слоем CdS с помощью2-го слоя CdS в тонкопленочных солнечных элементах CIGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Обратите внимание, что время осаждения2-го слоя CdS должно быть оптимизировано для достижения оптимальной производительности ячейки. По мере увеличения времени осаждения толщина2-го слоя CdS увеличивается, и, следовательно, электрический контакт улучшится. Однако дальнейшее ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Программой исследований и разработок Корейского института энергетических исследований (KIER) (B9-2411) и Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемую Министерством Образование (Грант 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).
