Cu(In,Ga)Se₂ 薄膜太阳能电池中银纳米线电极与 CdS 缓冲层之间坚固纳米级接触的制备

银纳米线网络是一种新兴技术，可用于替代薄膜太阳能电池中的传统透明导电氧化物。然而，其与底层材料的电接触一直存在问题。本方案提供了一种简单的方法，用于增强铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池中银纳米线网络与底层硫化镉（CdS）缓冲层之间的电接触性能。

我们的方法是一种非常简单、可重复且低成本的溶液法工艺。该工艺在制备CIGS薄膜太阳能电池方面，可与现有的溶液法工艺相媲美。首先，将清洗干净的玻璃基底装入直流磁控溅射仪中，并抽真空至4×10⁻⁶托。

通入氩气，并将工作压力设定为20毫托。开启等离子体，将直流输出功率增加至3千瓦。预溅射3分钟以清洁靶材后，开始沉积钼薄膜，直至钼膜厚度达到约350纳米。

接下来，将工作压力设定为15毫托，同时保持输出功率为3千瓦。继续进行钼的沉积，直至钼的总厚度达到约750纳米。将镀有钼的玻璃载入预热的共蒸发器中，真空度需低于5×10⁻⁶托。

设定铟、镓和硒的蒸发源温度，使其沉积速率分别为每秒2.5、1.3和15埃。使用石英晶体微天平技术监测沉积速率。在450摄氏度的基底温度下，开始将铟、镓和硒沉积到镀钼玻璃上，形成一层厚度为一微米的铟-镓-硒前驱层。

15分钟后，停止供应铟和镓，并将衬底温度升高至550摄氏度。接着，开始向铟-镓-硒前驱层上供应铜，持续至薄膜中铜与铟+镓的组分比达到1.15。停止供应铜，然后以与第一阶段相同的沉积速率再次蒸发铟和镓，形成一层厚度约为2微米、铜与铟+镓组分比为0.9的CIGS薄膜。

保持硒的沉积速率为每秒15埃，基底温度为550摄氏度。为确保反应完全，在环境硒气氛下将沉积的CIGS薄膜在550摄氏度的基底温度下退火5分钟。在环境硒气氛下将基底温度降至450摄氏度，然后当基底温度低于250摄氏度时取出沉积有CIGS的基底。

在250毫升烧杯中，加入去离子水、乙酸镉二水合物、硫脲和乙酸铵，配制硫化镉反应浴溶液。搅拌数分钟至溶液均匀。向该溶液中加入3毫升氨水，再搅拌2分钟。

接下来，使用聚四氟乙烯样品架将CIGS样品放入反应浴溶液中。将反应浴置于水浴加热装置中，并保持在65摄氏度。在沉积过程中，以200 RPM的速度搅拌反应浴溶液，使反应持续进行20分钟，从而在CIGS上形成约70–80纳米的硫化镉缓冲层。

反应结束后，将样品从反应浴中取出，用去离子水冲洗，并用氮气吹干。将样品置于预热的加热板上，在120摄氏度下退火30分钟。通过将90毫升乙醇与1毫升浓度为20毫克/毫升的乙醇基银纳米线分散液混合，配制浓度为1毫克/毫升的银纳米线分散液。

将0.2毫升稀释后的银纳米线分散液滴加到硫化镉CIGS样品上，覆盖整个表面，并以1000 RPM转速旋转样品30秒。随后，重复旋涂银纳米线3次。旋涂完成后，将样品置于预热的加热板上，在120摄氏度下退火5分钟。

按照先前所述方法配制新的硫化镉反应浴溶液。按照先前所述方法沉积硫化镉，但可根据需要调整反应时间。现在，通过光学显微镜表征涂覆有硫化镉的银纳米线的表面形貌。

使用配备太阳能模拟器的电流电压源测量太阳能电池性能。此处展示了具有标准掺铝氧化锌、本征氧化锌以及银纳米线网络透明导电电极的CIGS太阳能电池的层状结构。第二层硫化镉可选择性地沉积在纳米级间隙上，以形成稳定的电接触。

沿沉积在硫化镉CIGS结构上银纳米线网络的第二层硫化镉，以及穿过沉积在银纳米线网络上的第二层硫化镉的横截面透射电子显微镜图像如图所示。第二层硫化镉均匀地沉积在银纳米线表面，形成了核壳结构的银纳米线上的镉层。第二层硫化镉填充了硫化镉缓冲层与银纳米线层之间的空气间隙，实现了稳定的电接触。

此处展示了使用裸露银纳米线以及核壳结构银纳米线透明导电电极上沉积硫化镉层的CIGS薄膜太阳能电池的器件性能。由于电接触不稳定，使用裸露银纳米线的电池器件性能较差。沉积第二层镉显著提高了电池性能。

本方案中最重要的步骤是在银纳米线网络上制备第二层 CdS。可通过测量 CIGS 薄膜太阳能电池的器件性能来优化不同的时间参数。我们提出了一种在 CIGS 体系中制备稳定纳米级电接触的方法。

我们认为，我们的方法可应用于其他需要提高电接触性能的太阳能电池系统。