Fabrikation af robust nanoskala kontakt mellem en sølv Nanowire elektrode og CdS buffer lag i Cu (in, GA) Se2 tynde film solceller
Summary
I denne protokol beskriver vi den detaljerede eksperimentelle procedure for fabrikation af en robust nanoskala kontakt mellem et sølv nanowire-netværk og CdS-buffer lag i en CIGS-tynd film-solcelle.
Abstract
Silver nanowire gennemsigtige elektroderne er blevet anvendt som vindues lag til cu (in, GA) Se2 tynde film solceller. Bare sølv nanowire elektroderne normalt resulterer i meget dårlig celle ydeevne. Indlejring eller klemning af sølv nanoledninger ved hjælp af moderat ledende gennemsigtige materialer, såsom indium tin oxid eller zinkoxid, kan forbedre cellernes ydeevne. Men den løsning-forarbejdede matrix lag kan forårsage et betydeligt antal grænseflade defekter mellem gennemsigtige elektroder og CDS buffer, som i sidste ende kan resultere i lav celle ydeevne. Dette manuskript beskriver, hvordan man fabrikerer robust elektrisk kontakt mellem en sølv nanowire-elektrode og det underliggende CdS-buffer lag i en cu (in, GA) Se2 -solcelle, der muliggør høj celle ydeevne ved hjælp af matrix-fri sølv nanowire transparent Elektroder. Den matrix-fri sølv nanowire-elektrode, der er fremstillet af vores metode, viser, at det er så godt som standard celler med sprudede ZnO: al/i-ZnO, så længe sølv nanoledningerne og Cd’er har elektrisk kontakt af høj kvalitet. Den elektriske kontakt af høj kvalitet blev opnået ved at deponere en ekstra CdS lag så tynde som 10 nm på sølv nanowire overflade.
Introduction
Silver nanowire (AgNW) netværk er blevet grundigt undersøgt som et alternativ til indium tin oxid (ITO) transparent gennemføre tynde film på grund af deres fordele i forhold til konventionelle gennemsigtige ledende oxider (TCOs) i form af lavere forarbejdningsomkostninger og bedre mekanisk fleksibilitet. Løsning-forarbejdet AgNW netværk gennemsigtige ledende elektroderne (TCEs) har således været beskæftiget i Cu (in, GA) Se2 (CIGS) tynde film solceller1,2,3,4,5 , 6. Solution-forarbejdede agnw TCEs er normalt fabrikeret i form af indlejrede-agnw eller sandwich-agnw strukturer i en ledende matrix såsom pedot: PSS, Ito, ZnO, etc.7,8,9, 10,11 matrix lagene kan forbedre, at indsamlingen af de Charge bærere til stede i de tomme rum i agnw netværket.
Men matrix lagene kan generere grænseflade defekter mellem matrixlaget og underliggende cd’er buffer lag i CIGS tynd-film solceller12,13. De grænseflade defekter ofte forårsage en Kink i den nuværende tæthed-spænding (J-V) kurve, hvilket resulterer i en lav fyldnings faktor (FF) i cellen, hvilket er til skade for solens celle ydeevne. Vi har tidligere rapporteret en metode til at løse dette problem ved selektivt at deponere et ekstra tyndt CdS-lag (2nd CDS-lag) mellem agnws og CDS-buffer laget14. Inkorporeringen af et ekstra CdS-lag forbedrede kontakt egenskaberne i krydset mellem AgNW-og CdS-lagene. Derfor blev Carrier-samlingen i AgNW-netværket væsentligt forbedret, og cellens ydeevne blev forbedret. I denne protokol beskriver vi den eksperimentelle procedure for at fabrikere robust elektrisk kontakt mellem AgNW-netværket og CdS-buffer laget ved hjælp af et 2nd -CDS-lag i en CIGS-tynd-film-solcelle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bemærk, at aflejrings tiden for 2nd CDS-laget skal optimeres for at opnå den optimale celle ydelse. Som deposition tid stiger, tykkelsen af 2nd CDS lag stiger, og dermed, den elektriske kontakt vil forbedre. Men yderligere deposition af 2nd CDS lag vil resultere i et tykkere lag, der reducerer lys absorption, og enhedens effektivitet vil falde. Vi opnåede den bedste celle ydeevne med 10 min af deposition tid til 2nd CDS lag og fastslået, at celle effektiviteten faldt med l?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev støttet af in-House forsknings-og udviklingsprogram af Korea Institute of Energy Research (KIER) (B9-2411) og det grundlæggende videnskabelige forskningsprogram gennem National Research Foundation of Korea (NRF) finansieret af Ministeriet for Uddannelse (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).
