Herstellung eines robusten Nano-Kontakts zwischen einer Silber-Nanodrahtelektrode und einer CdS-Pufferschicht in Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellen
Summary
In diesem Protokoll beschreiben wir das detaillierte experimentelle Verfahren zur Herstellung eines robusten nanoskaligen Kontakts zwischen einem Silber-Nanodraht-Netzwerk und cdS-Pufferschicht in einer CIGS-Dünnschicht-Solarzelle.
Abstract
Silber Nanodraht transparente Elektroden wurden als Fensterschichten für Cu(In,Ga)Se2 Dünnschicht-Solarzellen verwendet. Bare Silber NanodrahtElektroden führen in der Regel zu sehr schlechten Zellleistung. Das Einbetten oder Sandwichen von Silber-Nanodrähten mit mäßig leitfähigen transparenten Materialien wie Indiumzinnoxid oder Zinkoxid kann die Zellleistung verbessern. Die lösungsverarbeiteten Matrixschichten können jedoch eine erhebliche Anzahl von Grenzflächendefekten zwischen transparenten Elektroden und dem CdS-Puffer verursachen, was schließlich zu einer geringen Zellleistung führen kann. Dieses Manuskript beschreibt, wie ein robuster elektrischer Kontakt zwischen einer silbernen Nanodrahtelektrode und der darunter liegenden CdS-Pufferschicht in einer Cu(In,Ga)Se 2-Solarzelle hergestellt wird, was eine hohe Zellleistung mit matrixfreiem Silber-Nanodraht transparent ermöglicht. Elektroden. Die nach unserer Methode hergestellte matrixfreie Silber-Nanodrahtelektrode beweist, dass die Ladungsträger-Sammelfähigkeit von Silber-Nanodraht-Elektroden-basierten Zellen so gut ist wie die von Standardzellen mit gesputterter ZnO:Al/i-ZnO, solange die Silber-Nanodrähte und CdS haben hochwertigen elektrischen Kontakt. Der hochwertige elektrische Kontakt wurde durch die Ablagerung einer zusätzlichen CdS-Schicht von bis zu 10 nm auf die Silber-Nanodrahtoberfläche erreicht.
Introduction
Silber-Nanodraht-Netzwerke (AgNW) wurden als Alternative zu indium zinnoxid (ITO) transparenten Dünnschichten aufgrund ihrer Vorteile gegenüber herkömmlichen transparenten Leitoxiden (TCOs) in Bezug auf niedrigere Verarbeitungskosten und bessere mechanische Flexibilität. Lösungsbearbeitete AgNW-Netzwerk-Transparente Leitungselektroden (TCEs) wurden daher in Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) Dünnschicht-Solarzellen1,2,3,4,5 eingesetzt , 6. Lösungsbearbeitete AgNW-TCEs werden in der Regel in Form von Embedded-AgNW- oder Sandwich-AgNW-Strukturen in einer leitfähigen Matrix wie PEDOT:PSS, ITO, ZnO, etc. hergestellt7,8,9, 10,11 Die Matrixschichten können die Erfassung der Ladungsträger in den leeren Räumen des AgNW-Netzes verbessern.
Die Matrixschichten können jedoch Grenzflächendefekte zwischen der Matrixschicht und der zugrunde liegenden CdS-Pufferschicht in CIGS-Dünnschicht-Solarzellen12,13erzeugen. Die Grenzflächendefekte verursachen oft einen Knick in der Stromdichte-Spannungskurve (J-V), was zu einem niedrigen Füllfaktor (FF) in der Zelle führt, was die Leistung von Solarzellen beeinträchtigt. Wir hatten zuvor eine Methode zur Behebung dieses Problems gemeldet, indem eine zusätzliche dünne CdS-Schicht (2. CdS-Schicht) selektiv zwischen den AgNWs und der CdS-Pufferschicht14abgelegt wurde. Durch die Einbindung einer zusätzlichen CdS-Schicht wurden die Kontakteigenschaften im Knoten zwischen den AgNW- und CdS-Layern verbessert. Folglich wurde die Trägersammlung im AgNW-Netzwerk erheblich verbessert und die Zellleistung verbessert. In diesem Protokoll beschreiben wir das experimentelle Verfahren zur Herstellung eines robusten elektrischen Kontakts zwischen dem AgNW-Netzwerk und der CdS-Pufferschicht mit einer 2. CdS-Schicht in einer CIGS-Dünnschicht-Solarzelle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beachten Sie, dass die Abscheidungszeit der 2. CdS-Schicht optimiert werden muss, um die optimale Zellleistung zu erzielen. Mit zunehmender Abscheidungszeit nimmt die Dicke der 2. CdS-Schicht zu, so dass sich der elektrische Kontakt verbessert. Eine weitere Ablagerung der2. CdS-Schicht führt jedoch zu einer dickeren Schicht, die die Lichtabsorption reduziert, und die Geräteeffizienz wird verringert. Wir erreichten die beste Zellleistung mit 10 min Abscheidungszeit für die2. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde durch das interne Forschungs- und Entwicklungsprogramm des Korea Institute of Energy Research (KIER) (B9-2411) und das Basic Science Research Program durch die National Research Foundation of Korea (NRF) unterstützt, die vom Ministerium für Bildung (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
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