تصنيع اتصال قوي نانوي بين القطب نانوواير الفضة وطبقة العازلة CDS في Cu (في، Ga) Se₂ الخلايا الشمسية رقيقة الفيلم

شبكات أسلاك النانو الفضية هي تكنولوجيا ناشئة لتحل محل الأكاسيد موصلية شفافة التقليدية في تطبيق الخلايا الشمسية رقيقة الأغشية. ومع ذلك، فإن الاتصال الكهربائي للطبقة الأساسية كان مشكلة. بروتوكول لدينا هو طريقة عملية بسيطة لتعزيز خاصية الاتصال الكهربائية بين شبكة أسلاك النانو الفضة وطبقة العازلة CDS الكامنة في الخلايا الشمسية CIGS رقيقة الأغشية.

طريقتنا هي عملية بسيطة جداً، قابلة لإعادة إنتاج، و رخيصة على أساس الحل. كما أنها مماثلة للعملية القائمة القائمة على الحل، لاختلاق خلايا شمسية رقيقة الأغشية الشمسية CIGS. أولاً، تحميل ركائز الزجاج تنظيفها في ماغنيرون العاصمة، وضخ أسفل لتفجير أربع مرات 10 إلى التور ناقص ستة.

تدفق غاز الأرجون، وتعيين ضغط العمل إلى 20 millitorr. بدوره على البلازما، وزيادة الطاقة الناتج DC إلى ثلاثة كيلوواط. بعد ما قبل التخبط ثلاث دقائق لتنظيف الهدف، تبدأ ترسب الموليبدينوم حتى سمك الفيلم الموليبدينوم تصل إلى ما يقرب من 350 نانومتر.

المقبل، تعيين ضغط العمل إلى 15 millitorr، مع الحفاظ على قوة الانتاج في 3 كيلوواط. استئناف ترسب الموليبدينوم حتى يصل سمك الموليبدينوم الكلي إلى حوالي 750 نانومتر. تحميل الزجاج المغلفة الموليبدينوم في متبخر مشترك مسخن تحت فراغ أقل من 5 مرات 10 إلى 6 ناقص تور.

تعيين درجات حرارة الإنديوم، الغاليوم، والسيلينيوم خلايا الانفسار التي تسفر عن معدلات ترسب 2.5، 1.3، و 15 انجستروم في الثانية، على التوالي. تحقق من معدلات الترسب باستخدام تقنية التكوار المجهري البلوري الكوارتز. ابدأ في توريد طبقة السلائف الإينديوم والغليوم والسيلينيوم على الزجاج المغلف الموليبدينوم لتشكيل طبقة السلائف الهيديوم-الغاليوم-السيلينيوم بسمة الركيزة البالغة 450 درجة مئوية.

بعد 15 دقيقة، ووقف إمدادات indium و الجاليوم وزيادة درجة حرارة الركيزة إلى 550 درجة مئوية. بعد ذلك، ابدأ في توريد النحاس على السلائف الهيديوم-الغاليوم-السيلينيوم وتستمر حتى تصل نسبة التركيبية من النحاس إلى إنديوم +غاليوم للفيلم إلى 1.15. وقف توريد النحاس وتبخير indium وgalum مرة أخرى مع معدلات ترسب نفس المرحلة الأولى لتشكيل ما يقرب من 2 ميكرومتر سميكة CIGS الفيلم مع النحاس إلى إنديوم + غاليوم نسبة التركيبية من 0.9.

الحفاظ على معدل ترسيب السيلينيوم ودرجة حرارة الركيزة عند 15 انغستروم في الثانية و 550 درجة مئوية، على التوالي. من أجل ضمان رد فعل كامل، الحنع الفيلم CIGS المودعة تحت السيلينيوم المحيطة لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الركيزة من 550 درجة مئوية. خفض درجة حرارة الركيزة إلى 450 درجة مئوية تحت السيلينيوم المحيط، ثم تفريغ الركيزة CIGS المودعة عندما تكون درجة حرارة الركيزة أقل من 250 درجة مئوية.

إعداد محلول حمام تفاعل كبريتيد الكادميوم في بكير 250 ملليلتر، عن طريق إضافة المياه الأيونية، والكادميوم خلات ديهيدرات، الثيوريا، وخلات الأمونيوم. يحرك الحل لعدة دقائق حتى متجانسة. تُضاف 3 ملليلتر من هيدروكسيد الأمونيوم إلى محلول الحمام وتُحرّك لمدة دقيقتين.

بعد ذلك، ضع عينة CIGS في محلول حمام التفاعل باستخدام حامل عينة تفلون. وضع حمام رد فعل في حمام حرارة الماء، والحفاظ على درجة حرارة 65. يحرك حل حمام التفاعل في 200 دورة في الدقيقة أثناء عملية الترسب، مما يسمح لتفاعل المضي قدما لمدة 20 دقيقة لتوليد ما يقرب من 70-80 نانومتر الكادميوم طبقة عازلة على CIGS.

بعد رد الفعل، وإزالة العينة من حمام رد فعل، وغسل مع تدفق المياه ديوند، وجافة مع غاز النيتروجين. آنال العينة في 120 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة على الساخن محمّى مسبقا. إعداد 1 ملليغرام لكل ملليلتر الفضة نانو تشتت عن طريق خلط 90 ملليلتر من الإيثانول مع 1 ملليلتر من 20 ملليغرام لكل ملليلتر الإيثانول الفضة القائمة على تشتت نانو.

صب 0.2 ملليلتر من تشتت الأسلاك النانوية الفضية المخففة على عينة CIGS كبريتيد الكادميوم، لتغطية السطح كله، وتدوير العينة في 1000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية. بعد ذلك، تدور معطف أسلاك النانو الفضية 3 مرات. بعد طلاء الدوران ، تُقَدِّر العينة عند درجة حرارة 120 درجة مئوية لمدة 5 دقائق على لوحة ساخنة محمّاة مسبقًا.

إعداد محلول جديد من محلول الكادميوم للحمّامات كما سبق وصفه. إيداع كبريتيد الكادميوم كما هو موضح سابقا، باستثناء تغيير وقت رد الفعل، حسب الضرورة. الآن، تميز مورفولوجيا السطح من الكادميوم الكبريتيد الفضة المغلفة أسلاك النانو عن طريق المجهر البصري.

قياس أداء الخلايا الشمسية باستخدام مصدر الجهد الحالي مجهزة جهاز محاكاة للطاقة الشمسية. تظهر هنا هياكل الطبقة للخلايا الشمسية CIGS مع أكسيد الزنك المُغفَل من الألومنيوم القياسي على أكسيد الزنك الجوهري وشبكة أسلاك النانو الفضية الشفافة التي تجري الأقطاب الكهربائية. ويمكن أن تترسب طبقة كبريتيد الكادميوم الثانية بشكل انتقائي على الفجوة النانوية لخلق اتصال كهربائي مستقر.

تظهر هنا صور المجهر الإلكتروني للإرسال المقطعي المقطعي، على طول طبقة كبريتيد الكادميوم الثانية، المودعة على شبكة أسلاك النانو الفضية على هيكل CIGS كبريتيد الكادميوم، وعبر طبقة كبريتيد الكادميوم الثانية المودعة على شبكة أسلاك النانو الفضية. يتم إيداع طبقة كبريتيد الكادميوم الثانية بشكل موحد على سطح الأسلاك النانوية الفضية ويتم إنتاج طبقة الكادميوم على هيكل الأسلاك النانوية الفضية الأساسية. طبقة كبريتيد الكادميوم الثانية تملأ فجوات الهواء بين الكادميوم العازل وطبقات الأسلاك النانوية الفضية ، ويتحقق اتصال كهربائي مستقر.

يظهر هنا أداء الجهاز لخلية شمسية رقيقة CIGS مع أسلاك نانوية فضية عارية ، وطبقة كبريتيد الكادميوم على الأسلاك النانوية الفضية الأساسية الشفافة. بسبب اتصال الكهربائية غير مستقرة الخلية مع أسلاك النانو الفضة العارية لديه ضعف أداء الجهاز. ترسب طبقة الكادميوم الثانية يعزز إلى حد كبير أداء الخلية.

الخطوة الأكثر أهمية في بروتوكول لدينا هو تصنيع طبقة ثانية من القرص المضغوط على شبكة أسلاك النانو الفضية. يمكن تحسين الوقت المتباين من خلال قياس أداء الجهاز للخلية الشمسية ذات الأغشية الرقيقة CIGS. نقترح طريقة لاصطناق اتصال قوي على نطاق نانو الكهربائية في نظام CIGS.

ونحن نعتقد أن طريقتنا يمكن تطبيقها على أنظمة الخلايا الشمسية الأخرى، والتي تتطلب تعزيز خصائص الاتصال الكهربائية.