Fabricação do contato de nanoscale robusto entre um elétrodo de nanowire de prata e a camada do amortecedor dos CdS em células solares do fino-filme do se2 de UC (em, GA)
Summary
Neste protocolo, nós descrevemos o procedimento experimental detalhado para a fabricação de um contato de nanoescala robusto entre uma rede de nanofio de prata e a camada do amortecedor dos CDs em uma pilha solar da fino-película de CIGS.
Abstract
Os elétrodos transparentes de nanofio de prata foram empregados como camadas de janela para o (em, GA) se2 células solares da fino-película do UC. Os elétrodos de nanofio de prata desencapados resultam geralmente no desempenho muito pobre da pilha. Incorporar ou imprensar nanofios de prata usando materiais transparentes moderadamente condutivos, tais como o óxido da lata do índio ou o óxido de zinco, podem melhorar o desempenho da pilha. No entanto, as camadas de matriz processadas por solução podem causar um número significativo de defeitos interfaciais entre eletrodos transparentes e o buffer de CdS, o que pode resultar em baixo desempenho celular. Este manuscrito descreve como fabricar um contato elétrico robusto entre um eletrodo de nanofio de prata e a camada de buffer de CDs subjacente em uma célula solar de UC (in, GA) se2 , permitindo alto desempenho celular usando nanofio de prata sem matriz transparente Eletrodos. O elétrodo de prata Matrix-livre do nanofio fabricado por nosso método prova que a capacidade da coleção da carga-portador de pilhas eletrodo-baseadas nanofio de prata é tão boa quanto aquela de pilhas padrão com o ZnO sputtered: Al/i-ZnO contanto que os nanofios de prata e CdS têm contato elétrico de alta qualidade. O contato elétrico de alta qualidade foi conseguido depositando uma camada adicional dos CDs tão fina quanto 10 nanômetro na superfície de nanofio de prata.
Introduction
As redes de nanofio de prata (agnw) foram estudadas extensivamente como uma alternativa ao óxido de estanho do índio (ITO) transparente que conduz películas finas devido a suas vantagens sobre os óxidos de condução transparentes convencionais (TCOs) nos termos de um custo de processamento mais baixo e melhor flexibilidade mecânica. Solução-processado AgNW rede transparente eletrodos condutores (TCEs) têm sido, portanto, empregado em UC (in, GA) se2 (CIGS) células solares de película fina1,2,3,4,5 , 6. solução-processado agnw TCEs são normalmente fabricados a forma de embutido-agnw ou Sandwich-agnw estruturas em uma matriz condutora como pedot: PSS, Ito, ZnO, etc7,8,9, 10,11 as camadas da matriz podem realçar que a coleção dos portadores da carga presente nos espaços vazios da rede de agnw.
No entanto, as camadas matriciais podem gerar defeitos interfaciais entre a camada matricial e a camada de buffer de CDs subjacente em células solares de película fina de CIGS12,13. Os defeitos interfaciais causam frequentemente uma torção na curva atual da densidade-tensão (J-V), tendo por resultado um baixo fator de suficiência (FF) na pilha, que é prejudicial ao desempenho da pilha solar. Nós relatado previamente um método para resolver esta edição seletivamente depositando uma camada fina adicional dos CDs (camada dos CDs de 2ND ) entre o agnws e a camada de amortecedor14dos CDs. A incorporação de uma camada adicional de CdS aprimorou as propriedades de contato na junção entre as camadas AgNW e CdS. Conseqüentemente, a coleção da transportadora na rede de AgNW foi melhorada extremamente, e o desempenho da pilha foi realçado. Neste protocolo, nós descrevemos o procedimento experimental para fabricar o contato elétrico robusto entre a rede de AgNW e a camada de amortecedor dos CdS usando uma camada dos CDs 2ND em uma pilha solar da fino-película dos CIGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
Observe que o tempo de deposição da camada de CDs de 2ND deve ser otimizado para atingir o desempenho ideal da célula. À medida que o tempo de deposição aumenta, a espessura da camada de CDs de 2ND aumenta e, consequentemente, o contato elétrico melhorará. No entanto, a deposição adicional da camada de CDs de 2ND resultará em uma camada mais espessa que reduz a absorção de luz, e a eficiência do dispositivo diminuirá. Conseguimos o melhor desempenho celular com 10 min de te…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo programa de pesquisa e desenvolvimento in-House do Instituto de pesquisa de energia da Coréia (KIER) (B9-2411) e do programa de pesquisa de ciência básica através da Fundação Nacional de pesquisa da Coréia (NRF) financiado pelo Ministério da Educação (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).
