تصنيع اتصال قوي نانوي بين القطب نانوواير الفضة وطبقة العازلة CDS في Cu (في، Ga) Se2 الخلايا الشمسية رقيقة الفيلم
Summary
في هذا البروتوكول، نقوم بوصف الإجراء التجريبي المفصل لتصنيع اتصال نانوي قوي بين شبكة أسلاك نانوية فضية وطبقة عازلة من الأقراص المضغوطة في خلية شمسية ذات أغشية رقيقة من سيج.
Abstract
وقد استخدمت الفضة nanowire أقطاب شفافة كطبقات نافذة لCu (في، Ga) Se2 الخلايا الشمسية رقيقة الفيلم. عادة ما تؤدي أقطاب الأسلاك النانوية الفضية العارية إلى أداء الخلايا الضعيف جدًا. يمكن أن يؤدي تضمين أو وضع أسلاك نانوية فضية باستخدام مواد شفافة موصلة بشكل معتدل، مثل أكسيد القصدير بالإنديوم أو أكسيد الزنك، إلى تحسين أداء الخلايا. ومع ذلك، يمكن أن تسبب طبقات المصفوفة المجهزة بالحلول عدداً كبيراً من العيوب بين الوجهبين الأقطاب الكهربائية الشفافة والمخزن المؤقت CdS، مما قد يؤدي في نهاية المطاف إلى انخفاض أداء الخلايا. تصف هذه المخطوطة كيفية تصنيع اتصال كهربائي قوي بين قطب الأسلاك النانوية الفضية وطبقة احتياطية CdS الأساسية في خلية تعمل بالطاقة الشمسية Cu(In,Ga)Se2، مما يتيح أداء الخلايا العالية باستخدام سلك نانوواير فضي خالي من المصفوفة شفاف اقطاب. ومصفوفة خالية من الأسلاك النانوية القطب ملفقة من قبل طريقتنا يثبت أن القدرة على جمع تهمة الناقل من الفضة نانوواير القطب القائمة على الخلايا جيدة مثل تلك التي من الخلايا القياسية مع ZnO متلعثم: Al / i-ZnO طالما أن الأسلاك النانوية الفضية و CDS لديها اتصال كهربائي عالي الجودة. وقد تحقق الاتصال الكهربائي عالي الجودة عن طريق إيداع طبقة إضافية من CdS رقيقة مثل 10 نانوية على سطح الأسلاك النانوية الفضية.
Introduction
وقد درست شبكات الأسلاك النانوية الفضية (AgNW) على نطاق واسع كبديل لأكسيد القصدير الإنديوم (ITO) شفافة إجراء رقيقة نظرا لمزاياها على أكاسيد إجراء شفافة التقليدية (TCOs) من حيث انخفاض تكلفة المعالجة و مرونة ميكانيكية أفضل. وبالتالي تم استخدام الحلول المجهزة AgNW شبكة شفافة إجراء الأقطاب الكهربائية (TCEs) في Cu (في، Ga) Se2 (CIGS) الخلايا الشمسية رقيقة الفيلم1،2،3،4،5 , 6.عادة ما يتم تصنيع هاجإنو Tces المصنعة الحل في شكل جزءا لا يتجزأ من AgNW أو ساندويتش AgNW الهياكل في مصفوفة موصلة مثل PEDOT: PSS، ITO، ZnO، الخ 7،8،9، 10،11 طبقات المصفوفة يمكن أن تعزز أن جمع الناقلين تهمة موجودة في المساحات الفارغة من شبكة AgNW.
ومع ذلك، طبقات المصفوفة يمكن أن تولد عيوب بين الوجه بين طبقة المصفوفة وطبقة عازلة CDS الكامنة في CIGS الخلايا الشمسية رقيقة الفيلم12،13. غالبًا ما تسبب العيوب بين الوجهين وجودًا في منحنى الجهد الكثافة (J-V) الحالي، مما يؤدي إلى عامل تعبئة منخفض (FF) في الخلية، وهو ما يضر بأداء الخلايا الشمسية. لقد أبلغنا مسبقاً عن طريقة لحل هذه المشكلة عن طريق إيداع طبقة CdS رقيقة إضافية (طبقة CDS2 nd) بشكل انتقائي بين AgNWs وطبقة المخزن المؤقت CdS14. وأدى إدراج طبقة إضافية من طبقات CdS إلى تحسين خصائص جهة الاتصال في التقاطع بين طبقات AgNW وCdS. ونتيجة لذلك، تم تحسين مجموعة الناقل في شبكة AgNW إلى حد كبير، وتم تعزيز أداء الخلية. في هذا البروتوكول، ونحن نصف الإجراء التجريبي لتلفيق اتصال كهربائي قوي بين شبكة AgNW وطبقة المخزن المؤقت CdS باستخدام طبقة CDS 2nd في خلية شمسية رقيقة الأغشية CIGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
لاحظ أنه يجب تحسين وقت الترسيب لطبقة CdSالثانية لتحقيق أداء الخلية الأمثل. مع زيادة وقت الترسيب، يزيد سمك طبقة CDS الثانية، وبالتالي، سيتحسن الاتصال الكهربائي. ومع ذلك، فإن مزيد من ترسيب طبقة CDSالثانية سوف يؤدي إلى طبقة أكثر سمكا أن يقلل من امتصاص الضوء، وسوف تنخفض كفاءة ال?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا البحث من قبل برنامج البحث والتطوير الداخلي للمعهد الكوري لبحوث الطاقة (B9-2411) وبرنامج بحوث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) بتمويل من وزارة التعليم (منحة 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).
