הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הייצור של הקשר ננו בקנה מידה חזק בין אלקטרודות כסף ננו ושכבת מאגר תקליטורים Cu (ב, Ga) Se2 דק-סרט תאים סולריים

5.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/59909

⸱

19 ביולי 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Materials Science and Engineering, Hanbat National University, 2Department of Materials and Manufacturing Engineering, Hanbat National University, 3Photovoltaics Laboratory, Korea Institute of Energy Research, 4Renewable Energy Engineering, University of Science and Technology, Daejeon

במאמר זה

סיכום

בפרוטוקול זה, אנו מתארים את ההליך הניסיוני המפורט לייצור של קשר ננו בקנה מידה חזק בין רשת פלזמה כסף ותקליטורים מאגר שכבה בסרט סיגריות דק השמש תא.

תקציר

כסף שקוף ננו-שקיפות אלקטרודות המועסקים כשכבות חלון עבור Cu (ב, Ga) Se2 הסרט דק תאים סולאריים. אלקטרודות של ננו-חוט מכסף בדרך כלל. גורמות לביצועי תא מאוד ירודים הטבעה או הsandwiching נאנו-חוט באמצעות חומרים שקופים מוליך בינוני, כגון תחמוצת האינדיום או תחמוצת אבץ, יכול לשפר את ביצועי התא. עם זאת, שכבות המטריצה המעובדות על-ידי פתרון יכולות לגרום למספר משמעותי של פגמים בין האלקטרודות השקופות ומאגר התקליטורים, שיכול בסופו של דבר לגרום לביצועי תא נמוכים. כתב יד זה מתאר כיצד ליצור מגע חשמלי חזק בין אלקטרודה הפלזמה כסף ואת שכבת מאגר התקליטורים בבסיס Cu (ב, Ga) Se2 תא סולארי, המאפשר ביצועים בתאים גבוהים באמצעות מטריקס-ננו-חוט כסף שקוף אלקטרודות. האלקטרודות מטריצה כסף חינם, מפוברק על ידי השיטה שלנו מוכיחה כי החיוב-נושאת המטען של תאים מבוססי האלקטרודה הכסף של הפלזמה הוא טוב כמו זה של תאים סטנדרטיים עם הרוק zno: אל/אני-zno כל עוד הכסף ננו-חוט ו לתקליטורים יש מגע חשמלי באיכות גבוהה. המגע החשמלי באיכות גבוהה הושג על ידי הפקדת שכבת תקליטורים נוספת רזה כמו 10 ננומטר על פני השטח הכסוף של ננו-חוט.

מבוא

הרשתות הכסוף (agnw) למדו בהרחבה כחלופה ל-תחמוצת בדיל (ITO) שקוף מנהל סרטים דקים בשל יתרונותיה של תחמוצות מוליך שקוף קונבנציונאלי (tcos) במונחים של עלות העיבוד הנמוכה ו גמישות מכנית טובה יותר. פתרון-מעובד הרשת AgNW שקוף מוליך אלקטרודות (TCEs) יש כך הועסק Cu (ב, Ga) Se2 (סיגריות) סרט דק תאים סולריים1,2,3,4,5 , 6. פתרון-מעובד agnw tces הם בדרך כלל מפוברק בצורה של מוטבע-agnw או סנדוויץ ' agnw מבנים במטריצה מוליך כגון pedot: pss, איטו, zno, וכו '7,8,9, 10,11 שכבות המטריצה יכולות לשפר את העובדה שאוסף נושאות המטען נמצא בחללים הריקים של רשת agnw.

עם זאת, שכבות מטריקס יכולים ליצור פגמים אינטרפנים בין שכבת מטריקס בבסיס תקליטורים מאגר שכבת בסיגריות הסרט דק תאים סולריים12,13. פגמים הפנים לעתים קרובות לגרום קינקיות בצפיפות הנוכחית מתח (J-V) עקומת, וכתוצאה מכך גורם מילוי נמוך (FF) בתא, אשר פוגעת בביצועי התא הסולארי. בעבר דיווחו על שיטה לפתרון בעיה זו על-ידי הפקדת באופן סלקטיבי שכבת תקליטורים דקים נוספים (שכבת תקליטורים 2) בין ה-agnws לבין שכבת מאגר התקליטורים14. שילוב של שכבת תקליטורים נוספים הגדילו את מאפייני איש הקשר בצומת שבין השכבות AgNW ו-CdS. כתוצאה מכך, אוסף המנשא ברשת AgNW השתפר מאוד וביצועי התא שופרו. בפרוטוקול זה, אנו מתארים את ההליך הניסיוני ליצירת מגע חשמלי חזק בין רשת AgNW לבין שכבת מאגר תקליטורים באמצעות שכבת תקליטורים 2 שכבה של סיגריות סרט דק השמש תא.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנת זכוכית מצופה מו על ידי התזה של מגנטרון DC

  1. לטעון מצעים זכוכית מנוקה לתוך מגנטרון DC ו משאבה מטה למטה למטה 4 x 10-6 Torr.
  2. לזרום גז ולהגדיר את הלחץ פועל 20 mTorr.
  3. הפעל את הפלזמה והגדל את כוח הפלט DC ל-3 kW.
  4. לאחר התזה מראש של 3 דקות עבור ניקוי היעד, להתחיל את התצהיר מו עד עובי הסרט מו מגיע כ 350 ננומטר.
  5. הגדר את הלחץ פועל 15 mTorr תוך שמירה על אותו כוח פלט (כלומר, 3 kW).
  6. לחדש את התצהיר של מו עד העובי הכולל של מו מגיע כ 750 ננומטר.

2. סיגריות בולם שכבה התצהיר באמצעות התאיידות תלת-שלבית

  1. טען מו-מצופה זכוכית לתוך מפזר מראש מחומם תחת ואקום נמוך יותר 5 x 10-6 Torr.
  2. הגדר את הטמפרטורות של In, Ga, ו Se התאים מניבים מניב שיעורי התצהיר של 2.5 Å/s, 1.3 Å/s, ו 15 Å/s, בהתאמה.
    1. בדוק את שיעורי התצהיר באמצעות טכניקת המיקרו-איזון של גביש הקוורץ (QCM). שיעורי התצהיר תלויים בטמפרטורת הקבע של תאי היתוך וכמות החומרים בתאים האפופיוז.
  3. התחל לספק, Ga ו-Se על הזכוכית מצופה מו כדי ליצור 1 μm-עבה (ב, Ga)xSe שכבה קודמן בטמפרטורת המצע של 450 ° c. זמן התצהיר הוא 15 דקות (כלומר, 1 בשלב הראשון).
  4. לעצור את האספקה ב-Ga ולהגדיל את טמפרטורת המצע ל 550 ° c.
  5. התחל לספק Cu (שיעור התצהיר: 1.5 Å/s) על (ב, Ga) xSe הקודמן ולהמשיך עד Cu/(ב + ga) יחס הלחנה של הסרט מגיע 1.15. שימו לב ששיעור התצהיר של Se מתוחזק ב-15 Å/ s דרך השלב השני (כלומר, שלב 2).
  6. להפסיק לספק Cu ו להתאדות ב ו-Ga שוב עם אותם שיעורי התצהיר כמו השלב 1 לבסוף טופס בערך 2 μm-עבה הסרט סיגריות עם Cu/(בתוך + Ga) יחס הלחנה של 0.9. שמור על שיעור התצהיר וטמפרטורת המצע ב -15 Å/s ו-550 ° c, בהתאמה. זמן התצהיר של שלב זה הוא 4 דקות (כלומר 3 השלב השלישי).
  7. על מנת להבטיח תגובה מלאה, לספח את הסרט סיגריות הופקד תחת הסביבה Se (15 Å/s) עבור 5 דקות בטמפרטורת המצע של 550 ° c.
  8. לצנן את טמפרטורת המצע ל 450 ° c תחת הסביבה Se (15 Å/s) ולאחר מכן לפרוק את המצע סיגריות הופקד כאשר טמפרטורת המצע היא מתחת 250 ° c.

3. צמיחה של שכבת מאגר תקליטורים על שכבת סיגריות בולם באמצעות שיטת הסבת האמבט הכימי (CBD)

  1. להכין את התקליטורים התגובה אמבטיה הפתרון בגביע 250 mL על ידי הוספת 97 mL של די מים, 0.079 g של תקליטור (CH3קו)2· 2h2O, 0.041 g של NH2CSNH2, ו 0.155 g של CH3קונאן4. מערבבים את הפתרון למשך מספר דקות כדי לערבב. ודא כי כל מסיסות הוסיף הם התפרקה לחלוטין.
  2. הוסף 3 מ ל של NH4הו (28% NH3) לתוך הפתרון אמבטיה ומערבבים את הפתרון עבור 2 דקות. איור 1 מציג את ההתקנה הניסיונית של CBD עבור תקליטורים.
  3. לשים את הדגימה סיגריות לתוך הפתרון אמבט התגובה באמצעות מחזיק לדוגמה טפלון.
  4. לשים את האמבטיה התגובה לתוך האמבטיה חום מים מתוחזק ב 65 ° צ' ומערבבים את הפתרון אמבטיה התגובה ב 200 rpm באמצעות סרגל מגנטי במהלך תהליך התצהיר.
  5. להגיב על 20 דקות כדי להפיק כ 70 כדי 80 ננומטר שכבת המאגר על סיגריות.
  6. לאחר התגובה, להסיר את הדגימה מתוך האמבטיה התגובה, לשטוף עם זרימת של מים DI, יבש עם N2 גז.
  7. אנאל המדגם ב 120 ° c עבור 30 דקות על צלחת חמה.

4. הייצור של רשת AgNW TCE

  1. הכנת פיזור AgNW מדולל (1 מ"ג/mL) על ידי ערבוב 19 מ ל אתנול עם 1 מ ל של מבוסס אתנול שנרכש מבוססי (20 מ"ג/mL).
  2. יוצקים 0.2 mL של פיזור AgNW מדולל על תקליטורים/סיגריות לדוגמה (2.5 ס"מ x 2.5 ס מ) כדי לכסות את כל המשטח של המדגם ולסובב את המדגם עם 1,000 סל ד עבור 30 s.
  3. חזור על שלב 4.2 לפי הצורך כדי להשיג את התכונות האופטיות והחשמליות הרצויות. . לסובב את המ, 3 x תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני סריקה (SEM) של התמונה של המהדורה המקדימה של AgNW TCE מוצגת באיור 2.
  4. לאחר ציפוי ספין, לדגום את המדגם ב 120 ° c עבור 5 דקות על צלחת חמה.

5. הפקדת שכבת התקליטורים 2

  1. הכנת תקליטורים חדשים התגובה אמבטיה הפתרון כמתואר בשלב 3.1.
  2. הפקדה תקליטורים כמו בסעיף 3, מלבד לשנות את זמן התגובה לפי הצורך.
    הערה: אנו אופטימיזציה זמן התגובה, ו 10 דקות הביא את המכשיר סיגריות עם הביצועים הטובים ביותר. ההשפעה של 2 תקליטורים לתצהיר זמן על סיגריות סרט דק השמש התקן ביצועים ניתן למצוא בעבודה הקודמת שלנו14.

6. שיטות אפיון

  1. אפיון המבנה והציפוי הבין-מבנה של AgNWs ומצופי תקליטורים בפליטת שדה SEM ומיקרוסקופ אלקטרוני שידור (TEM).
  2. מדידת ביצועי תא סולארי באמצעות מקור מתח נוכחי מצויד סימולטור השמש (1,000 W/m2, Am 1.5 g).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מבנים שכבה של סיגריות השמש הסולארית עם (a) רגיל ZnO: אל/i-ZnO ו (ב) AgNW לספירה מוצגים באיור 3. המבנה של פני השטח של סיגריות הוא מחוספס, ופער ננו בקנה מידה יכול ליצור בין שכבת AgNW ואת שכבת מאגר התקליטורים הבסיסיים. כפי שמסומן באיור 3A, 2 שכבת התקליטורים השני יכול להיות מופקד באופן סלקטיבי על הפער ננוסקאלה כדי ליצור מגע חשמלי יציב. ההסבר המפורט על היווצרות מגע חשמלי ושיפור של תכונות חשמליות וביצועי המכשיר ניתן למצוא בה...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

שים לב שזמן התצהיר של שכבת התקליטוריםהשנייה חייב להיות מיטבי כדי להשיג את ביצועי התא המיטביים. ככל שהזמן מגדיל את הזמן, עובי השכבההשנייה של התקליטורים מגדיל, וכתוצאה מכך, המגע החשמלי ישתפר. עם זאת, הפקדת נוספת של 2 שכבת התקליטורים תגרום לשכבה עבה יותר המפחית את ספיגת האור, ויעילות ההתקן תפחית. השגנו את ביצועי התא הטוב ביותר עם 10 דקות של תצהיר זמן עבור 2 שכבת התקליטורים וקבע כי יעילות התא ירד עם פעמים תצהיר יותר.

כדי להעריך את השיטה שלנו, השוואנו את ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

מחקר זה נתמך על ידי תוכנית מחקר ופיתוח של הבית של קוריאה מכון לחקר האנרגיה (B9-2411) ואת התוכנית המדע הבסיסי למחקר באמצעות קרן המחקר הלאומי של קוריאה (NRF) ממומן על ידי משרד ה חינוך (גרנט NRF-2016R1D1A1B03934840).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
טוהרחומר: 3N5Mo מקרטע
Cu5N פלוסטוהר: 4N7תצהיר CIGS
ב-5N פלוסטוהר: 5Nתצהיר CIGS
Ga5N פלוסטוהר: 5Nתצהיר CIGS
Se5N פלוסטוהר: 5Nתצהיר CIGS
אמוניום אצטטאלפא Aesar11599תמיסת תגובה CdS
אמוניום הידרוקסידאלפא AesarL13168תמיסת תגובה
CdS קדמיום אצטט דיהידראטתמיסת תגובת CdSסיגמא-אולדריץ'289159
ThioureaSigma-AldrichT8656תמיסת תגובה CdS
ננו-חוטACSפיזורAgNW-L30AgNW
כסף

מקורות

  1. 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).
  2. Langley, D., et al. Flexible transparent conductive materials based on silver nanowire networks: a review. Nanotechnology. 24 (45), 452001(2013).
  3. 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).
  4. Liu, C. -H., Yu, X. Silver nanowire-based transparent, flexible, and conductive thin film. Nanoscale Research Letters. 6 (1), (2011).
  5. Yu, Z., et al. Highly flexible silver nanowire electrodes for shape-memory polymer light-emitting diodes. Advanced Materials. 23 (5), 664-668 (2011).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

CIGSDCdenumSpin coatingTEM
הייצור של הקשר ננו בקנה מידה חזק בין אלקטרודות כסף ננו ושכבת מאגר תקליטורים Cu (ב, Ga) Se2 דק-סרט תאים סולריים
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.