Name: Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2 (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-19T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 1 s
Description: Poznaj metodę wzmacniania kontaktu elektrycznego między siecią nanodrutów srebrnych a warstwą buforową CdS w ogniwach słonecznych CIGS. Protokół ten oferuje proste, powtarzalne i ekonomiczne rozwiązanie oparte na procesie roztworowym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie było wspierane przez Wewnętrzny Program Badawczo-Rozwojowy Koreańskiego Instytutu Badań Energetycznych (KIER) (B9-2411) oraz Program Badań Podstawowych przez Narodową Fundację Badawczą Korei (NRF) finansowany przez Ministerstwo Edukacji (Grant NRF-2016R1D1A1B03934840).

1. Przygotowanie szkła pokrytego Mo metodą napylania magnetronowego prądem stałym
<ol>
	<li>Załaduj oczyszczone szklane podłoża do magnetronu prądu stałego i pompuj do poniżej 4 x 10-6 Torr.</li>
	<li>Przepłynąć gaz Ar i ustawić ciśnienie robocze na 20 mTorr.</li>
	<li>Włącz plazmę i zwiększ moc wyjściową prądu stałego do 3 kW.</li>
	<li>Po 3-minutowym rozpylaniu wstępnym w celu oczyszczenia tarczy, rozpocznij osadzanie Mo, aż grubość warstwy Mo osiągnie około 350 nm.</li>
	<li>Ustaw ciśnienie robocze na 15 mTorr przy zachowaniu tej samej mocy wyjściowej (tj. 3 kW).</li>
	<li>Wznowić osadzanie Mo do momentu, gdy całkowita grubość Mo osiągnie około 750 nm.</li>
</ol>
2. Osadzanie warstwy absorbera CIGS za pomocą trzystopniowego współparowania
<ol>
	<li>Załaduj szkło z powłoką Mo do podgrzanego współparownika w próżni niższej niż 5 x 10-6 Torr.</li>
	<li>Ustaw temperatury komórek efuzyjnych In, Ga i Se, uzyskując szybkość osadzania odpowiednio 2.5 A/s, 1.3 A/s i 15 A/s.
	<ol>
		<li>Sprawdź szybkość stapiania za pomocą techniki mikrowagi kwarcowej (QCM). Szybkość osadzania zależy od ustawionej temperatury komórek efuzyjnych i ilości materiałów w komórkach efuzyjnych.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocząć dostarczanie In, Ga i Se na szkło pokryte Mo, tworząc warstwę prekursorową o grubości 1 μm (In,Ga)xSey w temperaturze podłoża 450 °C. Czas osadzania wynosi 15 minut (czyli 1. etap).</li>
	<li>Zatrzymać dopływy In i Ga i zwiększyć temperaturę podłoża do 550 °C.</li>
	<li>Rozpocząć dostarczanie Cu (szybkość stapiania: 1,5 A/s) na prekursor (In,Ga)xSey i kontynuować, aż stosunek składu Cu/(In + Ga) filmu osiągnie 1,15. Należy zauważyć, że szybkość osadzania Se jest utrzymywana na poziomie 15 A/s przez 2. etap (czyli 2. etap).</li>
	<li>Przestań dostarczać Cu i ponownie odparuj In i Ga z taką samą szybkością osadzania, jak w 1. etapie, aby ostatecznie utworzyć warstwę CIGS o grubości około 2 μm ze stosunkiem składu Cu/(In+Ga) wynoszącym 0,9. Utrzymać szybkość osadzania Se i temperaturę podłoża na poziomie odpowiednio 15 A/s i 550 °C. Czas osadzania tego etapu wynosi 4 minuty (czyli 3 etap).</li>
	<li>Aby zapewnić pełną reakcję, należy wyżarzać osadzoną warstwę CIGS w temperaturze otoczenia Se (15 A/s) przez 5 minut w temperaturze podłoża 550 °C.</li>
	<li>Schłodzić temperaturę podłoża do 450 °C w temperaturze otoczenia Se (15 A/s), a następnie rozładować podłoże osadzone w CIGS, gdy temperatura podłoża jest niższa niż 250 °C.</li>
</ol>
3. Wzrost warstwy buforowej CdS na warstwie absorbera CIGS przy użyciu metody osadzania w kąpieli chemicznej (CBD)
<ol>
	<li>Przygotować roztwór kąpieli reakcyjnej CdS w zlewce o pojemności 250 ml, dodając 97 ml wody DI, 0,079 g Cd(CH3COO)2·2H2O, 0,041 g NH2CSNH2 i 0,155 g CH3COONH4. Mieszaj roztwór przez kilka minut, aby wymieszać. Upewnij się, że wszystkie dodane substancje rozpuszczone są całkowicie rozpuszczone.</li>
	<li>Dodaj 3 ml NH4OH (28% NH3) do roztworu kąpieli i mieszaj roztwór przez 2 minuty. <silna klasa="xfig">Rysunek 1 przedstawia eksperymentalną konfigurację CBD dla CdS.</li>
	<li>Umieścić próbkę CIGS w roztworze łaźni reakcyjnej za pomocą teflonowego uchwytu na próbki.</li>
	<li>Umieścić łaźnię reakcyjną w łaźni wodno-grzewczej utrzymywanej w temperaturze 65 °C i wymieszać roztwór łaźni reakcyjnej z prędkością 200 obr./min za pomocą pręta magnetycznego podczas procesu osadzania.</li>
	<li>Reaguj przez 20 minut, aby wygenerować warstwę buforową CdS o długości około 70 do 80 nm na CIGS.</li>
	<li>Po reakcji wyjąć próbkę z łaźni reakcyjnej, przemyć strumieniem wody demineralizowanej i osuszyć gazemN2.</li>
	<li>Wyżarzać próbkę w temperaturze 120 °C przez 30 minut na płycie grzejnej.</li>
</ol>
4. Produkcja sieci AgNW TCE
<ol>
	<li>Przygotować rozcieńczoną dyspersję AgNW (1 mg/ml), mieszając 19 ml etanolu z 1 ml zakupionej dyspersji AgNW na bazie etanolu (20 mg/ml).</li>
	<li>Wlać 0,2 ml rozcieńczonej dyspersji AgNW na próbkę CdS/CIGS (2,5 cm x 2,5 cm) tak, aby pokryła całą powierzchnię próbki i obracać próbkę z prędkością 1 000 obr./min przez 30 s.</li>
	<li>W razie potrzeby powtórz krok 4.2, aby uzyskać pożądane właściwości optyczne i elektryczne. Powłócz AgNW 3x. Obraz ze skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) pokrytego spinowo AgNW TCE pokazano na rysunku Rysunek 2.</li>
	<li>Po wirowaniu próbkę wyżarzać w temperaturze 120 °C przez 5 minut na płycie grzejnej.</li>
</ol>
5. Osadzanie 2 warstwy CdS
<ol>
	<li>Przygotować nowy roztwór kąpieli reakcyjnej CdS zgodnie z opisem w kroku 3.1.</li>
	<li>Depozyt CdS jak w punkcie 3, z wyjątkiem zmiany czasu reakcji w razie potrzeby. 
	UWAGA: Zoptymalizowaliśmy czas reakcji, a 10 minut zaowocowało urządzeniem CIGS o najlepszej wydajności. Wpływ czasu osadzania2-go CdS na wydajność cienkowarstwowego ogniwa słonecznego CIGS można znaleźć w naszym poprzednim work14.</li>
</ol>
6. Techniki charakteryzacji
<ol>
	<li>Scharakteryzuj morfologię powierzchni i przekroju poprzecznego AgNW i AgNW pokrytych CdS za pomocą SEM emisji pola i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM).</li>
	<li>Zmierz wydajność ogniwa słonecznego za pomocą źródła prądu i napięcia wyposażonego w symulator słoneczny (1 000 W/m2, AM1.5G).</li>
</ol>

<ol><li>Lee, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+lateral+collection+length+of+charge+carriers+for+silver-nanowire-electrode-based+Cu%28In%2CGa%29Se2+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy%22%5BJournal%5D)">Determination of the lateral collection length of charge carriers for silver-nanowire-electrode-based Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells.</a> Solar Energy. 180, 519-523 (2019).</li>
<li>Langley, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+transparent+conductive+materials+based+on+silver+nanowire+networks%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Flexible transparent conductive materials based on silver nanowire networks: a review.</a> Nanotechnology. 24 (45), 452001(2013).</li>
<li>Chung, C. -H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanowire+composite+window+layers+for+fully+solution-deposited+thin-film+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Silver nanowire composite window layers for fully solution-deposited thin-film photovoltaic devices.</a> Advanced Materials. 24 (40), 5499-5504 (2012).</li>
<li>Liu, C. -H., Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanowire-based+transparent%2C+flexible%2C+and+conductive+thin+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Silver nanowire-based transparent, flexible, and conductive thin film.</a> Nanoscale Research Letters. 6 (1), (2011).</li>
<li>Yu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+flexible+silver+nanowire+electrodes+for+shape-memory+polymer+light-emitting+diodes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Highly flexible silver nanowire electrodes for shape-memory polymer light-emitting diodes.</a> Advanced Materials. 23 (5), 664-668 (2011).</li>
<li>Chung, C. -H., Hong, K. -H., Lee, D. -K., Yun, J. H., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ordered+vacancy+compound+formation+by+controlling+element+redistribution+in+molecular-level+precursor+solution+processed+CuInSe2+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Ordered vacancy compound formation by controlling element redistribution in molecular-level precursor solution processed CuInSe2 thin films.</a> Chemistry of Materials. 27 (21), 7244-7247 (2015).</li>
<li>Kim, A., Won, Y., Woo, K., Kim, C. -H., Moon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+transparent+low+resistance+ZnO%2FAg+Nanowire%2FZnO+composite+electrode+for+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Highly transparent low resistance ZnO/Ag Nanowire/ZnO composite electrode for thin film solar cells.</a> ACS Nano. 7 (2), 1081-1091 (2013).</li>
<li>Singh, M., Jiu, J., Sugahara, T., Suganuma, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin-film+copper+indium+gallium+selenide+solar+cell+based+on+low-temperature+all-printing+process%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Thin-film copper indium gallium selenide solar cell based on low-temperature all-printing process.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (18), 16297-16303 (2014).</li>
<li>Kim, A., Won, Y., Woo, K., Jeong, S., Moon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-solution-processed+indium-free+transparent+composite+electrodes+based+on+Ag+Nanowire+and+Metal+Oxide+for+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">All-solution-processed indium-free transparent composite electrodes based on Ag Nanowire and Metal Oxide for thin-film solar cells.</a> Advanced Functional Materials. 24 (17), 2462-2471 (2014).</li>
<li>Shin, D., Kim, T., Ahn, B. T., Han, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-processed+Ag+Nanowires+%2B+PEDOT%3APSS+hybrid+electrode+for+Cu%28In%2CGa%29Se2+thin-film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Solution-processed Ag Nanowires + PEDOT:PSS hybrid electrode for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 7 (24), 13557-13563 (2015).</li>
<li>Wang, M., Choy, K. -L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-nonvacuum-processed+CIGS+solar+cells+using+scalable+Ag+NWs%2FAZO-based+transparent+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">All-nonvacuum-processed CIGS solar cells using scalable Ag NWs/AZO-based transparent electrodes.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (26), 16640-16648 (2016).</li>
<li>Jang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cu%28In%2CGa%29Se2+thin+film+solar+cells+with+solution+processed+silver+nanowire+composite+window+layers%3A+buffer%2Fwindow+junctions+and+their+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells with solution processed silver nanowire composite window layers: buffer/window junctions and their effects.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 170, 60-67 (2017).</li>
<li>Chung, C. -H., Bob, B., Song, T. -B., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-voltage+characteristics+of+fully+solution+processed+high+performance+CuIn%28S%2CSe%292+solar+cells%3A+crossover+and+red+kink%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Current-voltage characteristics of fully solution processed high performance CuIn(S,Se)2 solar cells: crossover and red kink.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 120, 642-646 (2014).</li>
<li>Lee, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+nanoscale+contact+of+silver+nanowire+electrodes+to+semiconductors+to+achieve+high+performance+chalcogenide+thin+film+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Energy%22%5BJournal%5D)">Robust nanoscale contact of silver nanowire electrodes to semiconductors to achieve high performance chalcogenide thin film solar cells.</a> Nano Energy. 53, 675-682 (2018).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Należy pamiętać, że czas osadzania 2.warstwy CdS musi być zoptymalizowany, aby osiągnąć optymalną wydajność ogniwa. Wraz ze wzrostem czasu osadzania zwiększa się grubość 2.warstwy CdS , a co za tym idzie, poprawia się kontakt elektryczny. Jednak dalsze osadzanie się 2warstwy CdS spowoduje powstanie grubszej warstwy, która zmniejsza absorpcję światła, a wydajność urządzenia spadnie. Osiągnęliśmy najlepszą wydajność ogniwa przy 10-minutowym czasie osadzania dla 2.warstwy CdS i us...

Sieci z nanodrutów srebra (AgNW) były intensywnie badane jako alternatywa dla przezroczystych cienkich warstw przewodzących tlenek indu (ITO) ze względu na ich przewagę nad konwencjonalnymi przezroczystymi przewodzącymi tlenkami (TCO) pod względem niższych kosztów przetwarzania i lepszej elastyczności mechanicznej. Przetworzone w roztworze przezroczyste elektrody przewodzące sieci AgNW (TCE) zostały zatem zastosowane w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)1,2,3,4,5,6. TCE AgNW przetworzone w roztworze są zwykle wytwarzane w postaci osadzonych struktur AgNW lub warstwowych AgNW w matrycy przewodzącej, takiej jak PEDOT:PSS, ITO, ZnO, itp.7,8,9,10,11 Warstwy macierzy mogą zwiększyć gromadzenie nośników ładunku obecnych w pustych przestrzeniach sieci AgNW.
Jednakże, warstwy matrycy mogą generować defekty międzyfazowe między warstwą matrycy a leżącą pod nią warstwą bufora CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych CIGS12,13. Defekty międzyfazowe często powodują załamanie krzywej gęstości prądu i napięcia (J-V), co skutkuje niskim współczynnikiem wypełnienia (FF) w ogniwie, co jest szkodliwe dla wydajności ogniwa słonecznego. Wcześniej informowaliśmy o metodzie rozwiązania tego problemu poprzez selektywne umieszczanie dodatkowej cienkiej warstwy CdS (2 warstwa CdS) między AgNW a warstwą bufora CdS14. Wprowadzenie dodatkowej warstwy CdS poprawiło właściwości kontaktowe w połączeniu między warstwami AgNW i CdS. W związku z tym znacznie poprawił się zbiór nośników w sieci AgNW i zwiększono wydajność ogniw. W tym protokole opisujemy eksperymentalną procedurę wytwarzania solidnego kontaktu elektrycznego między siecią AgNW a warstwą buforową CdS przy użyciu 2. warstwy CdS w cienkowarstwowym ogniwie słonecznym CIGS.

<table><tbody><tr><td></td><td>Mo Materion</td><td>Czystość: 3N5</td><td>Mo rozpylanie</td></tr><tr><td>Cu</td><td>5N Plus</td><td>Czystość: 4N7</td><td>CIGS osadzanie</td></tr><tr><td>w</td><td>5N Plus</td><td>Czystość: 5N</td><td>CIGS</td></tr> osadzanie <tr><td>Ga</td><td>5N Plus</td><td>Czystość: 5N</td><td>CIGS osadzanie</td></tr><tr><td>Se</td><td>5N Plus</td><td>Czystość: 5N</td><td>CIGS</td></tr> osadzanie <tr><td>Octan amonu</td><td>Alfa Aesar</td><td>11599</td><td>Roztwór reakcyjny CdS</td></tr><tr><td>Wodorotlenek amonu</td><td>Alfa Aesar</td><td>L13168</td><td>Roztwór reakcyjny CdS</td></tr><tr><td>Octan kadmu dwuwodny</td> roztwór <td>reakcyjny</td><td>Sigma-Aldricha</td><td>289159</td> CdS</tr><tr><td>Tiomocznik</td><td>Roztwór reakcyjny CdS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8656</td></tr><tr><td>Silver Nanowire</td><td>ACSMaterial</td><td>AgNW-L30</td><td>AgNW dispersja</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową cds w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych cu(in,ga)se2

Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in Cu(In,Ga)Se2 Thin-film Solar Cells

Przezroczyste elektrody z nanodrutów srebra zostały użyte jako warstwy okienne dla cienkowarstwowych ogniw słonecznych Cu(In,Ga)Se2. Gołe srebrne elektrody nanodrutowe zwykle powodują bardzo słabą wydajność ogniwa. Osadzanie lub warstwowanie nanodrutów srebra przy użyciu umiarkowanie przewodzących przezroczystych materiałów, takich jak tlenek indu i cyny lub tlenek, może poprawić wydajność ogniw. Jednak warstwy matrycy przetworzone w roztworze mogą powodować znaczną liczbę defektów międzyfazowych między przezroczystymi elektrodami a buforem CdS, co może ostatecznie skutkować niską wydajnością ogniwa. W tym manuskrypcie opisano, jak wytworzyć wytrzymały kontakt elektryczny między elektrodą z nanodrutu srebrnego a leżącą pod spodem warstwą buforową CdS w ogniwie słonecznym Cu(In,Ga)Se2, umożliwiając wysoką wydajność ogniwa przy użyciu przezroczystych elektrod z nanodrutów srebrnych bez matrycy. Bezmatrycowa elektroda z nanodrutów srebra wytworzona naszą metodą dowodzi, że zdolność zbierania nośników ładunku w ogniwach opartych na elektrodach z nanodrutów srebra jest tak samo dobra, jak w przypadku standardowych ogniw z napylanym ZnO:Al/i-ZnO, o ile nanodruty srebra i CdS mają wysokiej jakości styk elektryczny. Wysokiej jakości kontakt elektryczny uzyskano poprzez nałożenie dodatkowej warstwy CdS o grubości zaledwie 10 nm na powierzchnię srebrnego nanodrutu.

Struktury warstwowe ogniw słonecznych CIGS z (a) standardową warstwą ZnO:Al/i-ZnO oraz (b) TCE z AgNW przedstawiono w Rycina 3Morfologia powierzchni CIGS jest chropowata, a między warstwą AgNW a znajdującą się pod nią warstwą buforową z CdS może powstać szczelina w skali nanometrycznej. Jak podkreślono w Rysunek 3A, 2nd Warstwę CdS można selektywnie osadzić w szczelinie w nanoskali, aby stworzyć stabilny kontakt elektr...

W tym protokole opisujemy szczegółową procedurę eksperymentalną wytwarzania solidnego kontaktu w nanoskali między siecią srebrnych nanoprzewodów a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowym ogniwie słonecznym CIGS.

Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Silver nanowire transparent electrodes have been employed as window layers for Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. Bare silver nanowire electrodes ...

Sieci nanodrutowe srebra to nowa technologia, która zastępuje tradycyjne przezroczyste tlenki przewodzące w zastosowaniu cienkowarstwowych ogniw słonecznych. Problemem był jednak kontakt elektryczny z warstwą znajdującą się pod spodem. Nasz protokół jest prostą metodą procesową mającą na celu poprawę właściwości kontaktu elektrycznego między siecią nanodrutów srebra a leżącą poniżej warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych CIGS.Nasza metoda jest bardzo prostym, powtarzalnym i tanim procesem opartym na roztworze. Jest on również porównywalny z istniejącym procesem opartym na rozwiązaniach, polegającym na wytwarzaniu cienkowarstwowych ogniw słonecznych CIGS. Najpierw załaduj oczyszczone szklane podłoża do magnetronu prądu stałego i pompuj w dół, aby dmuchnąć cztery razy 10 do minus sześciu torów.Przepłyń argon i ustaw ciśnienie robocze na 20 militorów. Włącz plazmę i zwiększ moc wyjściową prądu stałego do trzech kilowatów. Po wstępnym rozpyleniu przez trzy minuty w celu oczyszczenia tarczy, rozpocznij osadzanie molibdenu, aż grubość warstwy molibdenu osiągnie około 350 nanometrów.Następnie ustaw ciśnienie robocze na 15 militorów, utrzymując moc wyjściową na poziomie 3 kilowatów. Wznów osadzanie molibdenu, aż całkowita grubość molibdenu osiągnie około 750 nanometrów. Załaduj szkło pokryte molibdenem do wstępnie podgrzanego współparownika w próżni niższej niż 5 razy 10 do minus 6 torów.Ustaw temperatury komórek efuzyjnych indu, galu i selenu, uzyskując szybkość osadzania odpowiednio 2,5, 1,3 i 15 angstremów na sekundę. Sprawdź szybkość stapiania przy użyciu techniki mikrowagi kwarcowej. Rozpocznij dostarczanie indu, galu i selenu na szkło pokryte molibdenem, aby utworzyć warstwę prekursorową indowo-galowo-selenową o grubości jednego mikrometra w temperaturze podłoża 450 stopni Celsjusza.Po 15 minutach należy przerwać dopływ indu i galu i zwiększyć temperaturę podłoża do 550 stopni Celsjusza. Następnie zacznij dostarczać miedź do prekursora indowo-galowo-selenowego i kontynuuj, aż stosunek składu miedzi do indu + galu filmu osiągnie 1,15. Zaprzestań dostarczania miedzi i ponownie odparuj ind i gal z taką samą szybkością osadzania, jak w pierwszym etapie, aby utworzyć warstwę CIGS o grubości około 2 mikrometrów o stosunku składu miedzi do indu + galu wynoszącym 0,9.Utrzymuj szybkość osadzania selenu i temperaturę substratu na poziomie odpowiednio 15 angstremów na sekundę i 550 stopni Celsjusza. Aby zapewnić pełną reakcję, należy wyżarzać osadzoną warstwę CIGS pod otaczającym selenem przez 5 minut w temperaturze podłoża 550 stopni Celsjusza. Zmniejsz temperaturę podłoża do 450 stopni Celsjusza w otoczeniu selenu, a następnie rozładuj osadzony substrat CIGS, gdy temperatura podłoża spadnie poniżej 250 stopni Celsjusza.Przygotować roztwór kąpieli reakcyjnej siarczku kadmu w zlewce o pojemności 250 mililitrów, dodając wodę dejonizowaną, dwuwodny octan kadmu, tiomocznik i octan amonu. Mieszaj roztwór przez kilka minut, aż będzie jednorodny. Dodaj 3 mililitry wodorotlenku amonu do roztworu do kąpieli i mieszaj przez 2 minuty.Następnie umieść próbkę CIGS w roztworze kąpieli reakcyjnej za pomocą teflonowego uchwytu na próbkę. Umieść kąpiel reakcyjną w łaźni wodnej utrzymywanej w temperaturze 65 stopni Celsjusza. Wymieszać roztwór kąpieli reakcyjnej z prędkością 200 obr./min podczas procesu osadzania, pozwalając reakcji postępować przez 20 minut w celu wytworzenia warstwy buforowej siarczku kadmu o grubości około 70-80 nanometrów na CIGS.Po reakcji wyjąć próbkę z łaźni reakcyjnej, przemyć strumieniem wody dejonizowanej i osuszyć gazowym azotem. Wyżarzać próbkę w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez 30 minut na podgrzanej płycie grzejnej. Przygotuj dyspersję nanodrutów srebra o zawartości 1 miligrama na mililitr, mieszając 90 mililitrów etanolu z 1 mililitrem dyspersji nanodrutów srebra na bazie etanolu o proporcji 20 miligramów na mililitr.Wlej 0,2 mililitra rozcieńczonej dyspersji nanodrutów srebra na próbkę CIGS siarczku kadmu, aby pokryć całą powierzchnię, i obracaj próbkę z prędkością 1000 obr./min przez 30 sekund. Następnie pokryj srebrne nanodruty 3 razy. Po wirowaniu próbkę należy wyżarzać w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez 5 minut na rozgrzanej płycie grzejnej.Przygotować nowy roztwór kąpieli reakcyjnej siarczku kadmu, jak opisano wcześniej. Osadzać siarczek kadmu zgodnie z wcześniejszym opisem, z wyjątkiem zmiany czasu reakcji, jeśli jest to konieczne. Teraz scharakteryzuj morfologię powierzchni nanodrutów srebra pokrytych siarczkiem kadmu za pomocą mikroskopii optycznej.Zmierz wydajność ogniwa słonecznego za pomocą źródła napięcia prądu wyposażonego w symulator słoneczny. Przedstawiono tutaj struktury warstwowe ogniw słonecznych CIGS ze standardowym tlenkiem domieszkowanym aluminium na wewnętrznych przezroczystych elektrodach przewodzących z tlenku i srebra w sieci nanodrutów. Druga warstwa siarczku kadmu może być selektywnie osadzana w szczelinie w nanoskali, aby stworzyć stabilny kontakt elektryczny.Przedstawiono tutaj obrazy transmisyjnej mikroskopii elektronowej w przekroju poprzecznym, wzdłuż drugiej warstwy siarczku kadmu, osadzonej w sieci nanodrutów srebra na strukturze CIGS siarczku kadmu oraz w poprzek drugiej warstwy siarczku kadmu zdeponowanej w sieci nanodrutów srebra. Druga warstwa siarczku kadmu jest równomiernie osadzana na powierzchni srebrnych nanodrutów i wytwarzana jest warstwa kadmu na strukturze srebrnego nanodrutu typu rdzeń-powłoka. Druga warstwa siarczku kadmu wypełnia szczeliny powietrzne między buforem kadmu a warstwami nanodrutów srebra i uzyskuje się stabilny kontakt elektryczny.Wydajność cienkowarstwowego ogniwa słonecznego CIGS z gołymi srebrnymi nanodrutami oraz warstwą siarczku kadmu na przezroczystych elektrodach przewodzących z nanodrutów srebra w powłoce rdzenia jest pokazana tutaj. Ze względu na niestabilny kontakt elektryczny ogniwo z gołymi srebrnymi nanodrutami ma słabą wydajność urządzenia. Osadzanie się drugiej warstwy kadmu znacznie zwiększa wydajność ogniwa.Najważniejszym krokiem w naszym protokole jest wytworzenie drugiej warstwy CdS w sieci nanodrutów srebra. Rozbieżny czas można zoptymalizować, mierząc wydajność cienkowarstwowego ogniwa słonecznego CIGS. Proponujemy metodę wytwarzania wytrzymałego kontaktu elektrycznego w skali nano w systemie CIGS.Wierzymy, że nasza metoda może być zastosowana do innych systemów ogniw słonecznych, które wymagają poprawy właściwości kontaktu elektrycznego.

fabrication-robust-nanoscale-contact-between-silver-nanowire

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Opracowana została technika, która usuwa kontaktowe warstwy metalowe Ni/Au z ich podłoża, aby umożliwić zbadanie i scharakteryzowanie interfejsów kontakt/podłoże i kontakt/NW pojedynczych urządzeń nanoprzewodowych GaN.

Analiza interfejsów stykowych dla urządzeń z pojedynczym gazem nanoprzewodowym

Srebrne nanodruty mogą jednocześnie transportować elektrony i informacje optyczne w postaci plazmonów powierzchniowych. Opisano tutaj procedurę realizacji takiego wspólnego obwodu i oceniane są ograniczenia w propagacji obu nośników informacji.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Przedstawiono procedury przygotowania segmentowanych i współosiowych nanoprzewodów za pomocą elektroosadzania szablonowego w nanoporach. Jako przykłady wykonano segmentowane nanodruty składające się z segmentów Ag i ZnO oraz współosiowe nanodruty składające się z powłoki TiO2 i rdzenia Ag. Nanodruty wykorzystano w eksperymentach z fotokatalitycznym tworzeniem wodoru.

Przygotowanie i stosowanie fotokatalitycznie aktywnego segmentowego Ag|ZnO i koncentryczne nanodruty TiO2-Ag wykonane metodą elektroosadzania szablonowego

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych.  Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Tutaj prezentujemy protokół syntezy heterozłączy Zn1-xMgxO/Cu2O na wolnym powietrzu w niskiej temperaturze za pomocą przestrzennego osadzania warstwy atomowej pod ciśnieniem atmosferycznym (AP-SALD) Zn1-xMgxO na tlenku miedzi. Tak wysokiej jakości tlenki metali konforemnych mogą być hodowane na różnych podłożach, w tym na tworzywach sztucznych, za pomocą tej taniej i skalowalnej metody.

Poprawa jakości heterozłączy w ogniwach słonecznych na bazie Cu2O poprzez optymalizację ciśnienia atmosferycznego Przestrzenna warstwa atomowa osadzona Zn1-xMgxO

Prosta metoda syntezy jest używana do chemicznego cienkiej warstwy nanodrutów srebra w celu wytworzenia wysoce rozciągliwych i przewodzących przewodników metalowych.

Metoda wytwarzania wysoce rozciągliwych przewodników z nanodrutami srebra

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Zaprojektowano i zbudowano dwie konfiguracje 'Combined Stress test with in situ', które pozwalają na monitorowanie w czasie rzeczywistym przyspieszonej degradacji ogniw słonecznych i modułów. Konfiguracje te pozwalają na jednoczesne wykorzystanie wilgotności, temperatury, odchyleń elektrycznych i oświetlenia jako niezależnie kontrolowanych czynników stresowych. Przedstawiono konfiguracje i różne przeprowadzone eksperymenty.

In Situ Monitorowanie przyspieszonej degradacji wydajności ogniw i modułów słonecznych: studium przypadku ogniw słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Ten artykuł ma na celu przedstawienie metody tworzenia gładkich i dobrze kontrolowanych warstw chlorku srebra (AgCl) z określonym pokryciem na cienkich warstwach srebrnych elektrod.

Wytwarzanie cienkowarstwowych elektrod srebrnych/chlorku srebra z precyzyjnie kontrolowanym jednowarstwowym chlorkiem srebra

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Poznaj metodę wzmacniania kontaktu elektrycznego między siecią nanodrutów srebrnych a warstwą buforową CdS w ogniwach słonecznych CIGS. Protokół ten oferuje proste, powtarzalne i ekonomiczne rozwiązanie oparte na procesie roztworowym.

Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2 (Wideo) | JoVE Journal

Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se₂

Przeglądaj więcej filmów