Fabricación de contacto robusto a nanoescala entre un electrodo de nanohilo de plata y una capa de búfer CdS en Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Summary

En este protocolo, describimos el procedimiento experimental detallado para la fabricación de un contacto robusto a nanoescala entre una red de nanohilos de plata y la capa de búfer CdS en una célula solar de película delgada CIGS.

Abstract

Los electrodos transparentes nanohilos de plata se han empleado como capas de ventana para células solares de película delgada Cu(In,Ga)Se 2. Los electrodos nanohilos de plata desnuda normalmente resultan en un rendimiento celular muy pobre. La incrustación o emparedado de nanohilos de plata utilizando materiales transparentes moderadamente conductivos, como el óxido de estaño de indio u óxido de zinc, puede mejorar el rendimiento celular. Sin embargo, las capas de matriz procesadas por la solución pueden causar un número significativo de defectos interfaciales entre los electrodos transparentes y el búfer CdS, lo que eventualmente puede resultar en un bajo rendimiento celular. Este manuscrito describe cómo fabricar un contacto eléctrico robusto entre un electrodo de nanohilo de plata y la capa de amortiguación CdS subyacente en una celda solar Cu(In,Ga)Se 2, lo que permite un alto rendimiento celular utilizando nanohilos de plata sin matriz transparente Electrodos. El electrodo de nanohilo de plata sin matriz fabricado por nuestro método demuestra que la capacidad de recolección de portadoras de carga de células basadas en electrodos de nanohilo de plata es tan buena como la de las células estándar con ZnO:Al/i-ZnO estan a la misma y Los CdS tienen contacto eléctrico de alta calidad. El contacto eléctrico de alta calidad se logró depositando una capa CdS adicional tan delgada como 10 nm sobre la superficie de nanohilo de plata.

Introduction

Las redes de nanohilos de plata (AgNW) se han estudiado ampliamente como una alternativa a la realización de películas delgadas de óxido de estaño indio (ITO) debido a sus ventajas sobre los óxidos de conducción transparentes convencionales (TTO) en términos de menor costo de procesamiento y menor costo de procesamiento y mayor flexibilidad mecánica. Así, se han empleado electrodos de conducción transparente (ECT) de red AgNW procesados en solución en células solares de película delgada Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS)^{1,2,3,4,5 , 6}. Las ECT AgNW procesadas en solución se fabrican normalmente en forma de estructuras integradas AgNW o sandwich-AgNW en una matriz conductora como PEDOT:PSS, ITO, ZnO, etc.^{7,8,9, 10,11} Las capas de matriz pueden mejorar que la recogida de los portadores de carga presentes en los espacios vacíos de la red AgNW.

Sin embargo, las capas de matriz pueden generar defectos interfaciales entre la capa de matriz y la capa de búfer CdS subyacente en las células solares de película delgada CIGS^12,13. Los defectos interfaciales a menudo causan una torcedura en la curva de voltaje de densidad de corriente (J-V), lo que resulta en un factor de llenado bajo (FF) en la célula, que es perjudicial para el rendimiento de las células solares. Previamente informamos de un método para resolver este problema mediante el depósito selectivo de una capa cdS delgada adicional (2^nd Capa CdS) entre los AgNW y la capa de búfer de CdS^14. La incorporación de una capa CdS adicional mejoró las propiedades de contacto en la unión entre las capas AgNW y CdS. En consecuencia, la colección de portadoras en la red AgNW se mejoró considerablemente, y se mejoró el rendimiento de la célula. En este protocolo, describimos el procedimiento experimental para fabricar un contacto eléctrico robusto entre la red AgNW y la capa de búfer CdS utilizando una capa de 2nd CdS en una célula solar de película delgada CIGS.

Protocol

1. Preparación de vidrio recubierto de Mo por el sputtering de magnetrón DC Cargue los sustratos de vidrio limpiados en un magnetrón de CC y bombee hasta menos 4 x 10-6 Torr. Flujo Ar gas y establecer la presión de trabajo a 20 mTorr. Encienda el plasma y aumente la potencia de salida de CC a 3 kW. Después de pre-sputtering de 3 min para la limpieza del objetivo, comenzar la deposición Mo hasta que el espesor de la película Mo alcanza aproximadamente 350 nm. …

Representative Results

Las estructuras de capa de las células solares CIGS con (a) ZnO estándar:Al/i-ZnO y (b) AgNW TCE se muestran en la Figura 3. La morfología de la superficie de CIGS es áspera, y se puede formar una brecha a nanoescala entre la capa AgNW y la capa de búfer CdS subyacente. Como se destaca en la Figura 3A,la 2a capa CdS se puede depositar selectivamente en la brecha de nanoescala para crear un contacto eléctrico esta…

Discussion

Tenga en cuenta que el tiempo de deposición de la capa 2^nd CdS debe optimizarse para lograr el rendimiento de celda óptimo. A medida que aumenta el tiempo de deposición, el grosor de la capa 2nd CdS aumenta y, en consecuencia, el contacto eléctrico mejorará. Sin embargo, una nueva deposición de la capa 2nd CdS dará como resultado una capa más gruesa que reduce la absorción de la luz, y la eficiencia del dispositivo disminuirá. Logramos el mejor rendimiento celular con 10 minutos…

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