Tillverkning av robust Nanoscale kontakt mellan en Silvernanowire elektrod och CdS buffertskikt i Cu (i, ga) se2 thin-film solceller
Summary
I detta protokoll beskriver vi det detaljerade experimentella förfarandet för tillverkning av en robust nanoskalig kontakt mellan ett silvernanowire-nät och CdS-buffertlager i en CIGS-tunnfilms-solcell.
Abstract
Silvernanowire transparenta elektroder har använts som fönsterskikt för Cu (in, ga) se2 thin-film solceller. Kala silvernanowire-elektroder resulterar normalt i mycket dålig cell prestanda. Inbäddning eller sandwiching silvernanotrådar med måttligt ledande transparenta material, såsom indium tenn oxid eller zinkoxid, kan förbättra cellernas prestanda. De lösningsbehandlade mat ris lagren kan dock orsaka ett betydande antal interansiktsdefekter mellan genomskinliga elektroder och CdS-bufferten, vilket så småningom kan resultera i låga cell prestanda. Detta manuskript beskriver hur man fabricera robust elektrisk kontakt mellan en silvernanowire elektrod och den underliggande CdS buffertlagret i en Cu (i, ga) se2 solcell, vilket möjliggör hög cell prestanda med hjälp av Matrix-fri silvernanowire transparent Elektroder. Den Matrix-fri silvernanowire elektrod fabricerade av vår metod bevisar att laddning-Carrier insamling förmåga silver nanowire elektrod-baserade celler är lika bra som för standard celler med finfördelat ZNO: Al/i-ZNO så länge silvernanotrådar och CdS har elektrisk kontakt av hög kvalitet. Den högkvalitativa elektriska kontakten uppnåddes genom att deponera ett extra CdS-skikt så tunt som 10 nm på silvernanowire-ytan.
Introduction
Silvernanowire (AgNW) nätverk har studerats i stor utsträckning som ett alternativ till indium Tin Oxide (ITO) transparent bedriva tunna filmer på grund av deras fördelar jämfört med konventionella transparenta ledande oxider (TCOs) i form av lägre bearbetning kostnader och bättre mekanisk flexibilitet. Lösning-bearbetade AgNW nätverk transparenta ledande elektroder (TCEs) har således varit anställda i Cu (in, ga) se2 (CIGS) thin-film solceller1,2,3,4,5 , 6. lösning-bearbetade agnw tces är normalt tillverkas i form av inbäddade-agnw eller Sandwich-agnw strukturer i en ledande matris som PEDOT: PSS, Ito, ZnO, etc.7,8,9, 10,11 matrisen lagren kan förbättra att insamlingen av laddningsbärare som finns i de tomma utrymmena i agnw nätet.
Mat ris lagren kan emellertid generera mellanansiktsdefekter mellan mat ris skiktet och underliggande CDS-buffertlager i CIGS-tunnfilms-solceller12,13. De gränsskikts defekter orsakar ofta en kink i den nuvarande densitet-spänning (J-V) kurva, vilket resulterar i en låg fyllningsfaktor (FF) i cellen, vilket är skadligt för sol cells prestanda. Vi har tidigare rapporterat en metod för att lösa detta problem genom att selektivt deponera en extra tunn CdS lager (2nd CDS Layer) mellan agnws och CDs buffert Layer14. Införlivandet av en ytterligare CdS lager förstärkt kontaktegenskaper i korsningen mellan AgNW och CdS lager. Följaktligen har transportören i AgNW-nätverket förbättrats avsevärt och cell prestandan har förbättrats. I detta protokoll beskriver vi det experimentella förfarandet för att tillverka robust elektrisk kontakt mellan AgNW-nätverket och CdS-buffertlagret med hjälp av ett 2nd CDS-skikt i en CIGS-tunnfilms-solcell.
Protocol
Representative Results
Discussion
Observera att nedfalls tiden för 2nd CDS-skiktet måste optimeras för att uppnå optimal cell prestanda. När nedfall tiden ökar, tjockleken på 2nd CDS skiktet ökar, och därmed kommer den elektriska kontakten förbättras. Men ytterligare deposition av 2nd CDS skiktet kommer att resultera i ett tjockare skikt som minskar ljusabsorption, och enhetens effektivitet kommer att minska. Vi uppnådde den bästa cellen prestanda med 10 min av nedfall tid för 2nd CDS lager och fa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av den egna forsknings-och utvecklingsprogram av Korea Institute of Energy Research (KIER) (B9-2411) och den grundläggande forskningsprogram genom National Research Foundation of Korea (NRF) som finansieras av ministeriet för Utbildning (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).
