Изготовление Robust Nanoscale Контакт между Серебряный Nanowire Электрод и CdS буфер слоя в Cu (In,Ga)Se₂ Тонкопленочные солнечные клетки

Серебряные сети нанопроводов являются новой технологией для замены традиционных прозрачных проводящих оксидов в тонкой пленке применения солнечных элементов. Тем не менее, электрический контакт с базовым слоем был проблемой. Наш протокол представляет её простой метод обработки для повышения электрического контактного свойства между серебряной сетью нанопроводов и базовым буферным слоем CdS в тонкопрудных солнечных батареях CIGS.

Наш метод является очень простым, воспроизводимым и дешевым процессом, основанным на решении. Он также сопоставим с существующим процессом на основе решений, чтобы изготовить CIGS тонкой пленки солнечных элементов. Во-первых, нагрузка очищены стеклянные субстраты в DC магнетрон, и насос вниз, чтобы взорвать четыре раза 10 до минус шести торр.

Поток аргон газа, и установить рабочее давление до 20 миллиторр. Включите плазму и увеличьте мощность выхода постоянного тока до трех киловатт. После предварительной распыления три минуты для очистки цели, начать осаждение молибдена, пока толщина молибдена пленки достигает примерно 350 нанометров.

Затем установите рабочее давление до 15 миллиторов, сохраняя при этом выходную мощность на уровне 3 киловатт. Возобновление осаждения молибдена до тех пор, пока общая толщина молибдена не достигнет примерно 750 нанометров. Загрузите стекло с покрытием молибдена в разогретый со-испаритель под вакуумом ниже 5 раз в 10 до минус 6 торр.

Установите температуру клеток выпота индия, галлия и селена, что даст скорость осаждения 2,5, 1,3 и 15 ангстремов в секунду, соответственно. Проверьте скорость осаждения с помощью техники микробаланса кристалла кварца. Начните поставлять сор, галлий и селен на стекло с покрытием молибдена, чтобы сформировать слой прекурсоров с 1 микрометром толщиной в 1 микрометр- индий-галлий-селен при температуре субстрата 450 градусов по Цельсию.

Через 15 минут остановите запасы индиума и галлия и увеличьте температуру субстрата до 550 градусов по Цельсию. Затем начните поставлять медь на прекурсор индия-галлия-селена и продолжайте до тех пор, пока соотношение композиций меди к индиуму и галлию пленки не достигнет 1,15. Прекратите поставлять медь и снова испарите индий и галлий с теми же темпами осаждения, что и на первом этапе, чтобы сформировать примерно 2-микрометровую пленку CIGS с соотношением меди к индиуму-галлия 0,9.

Поддержание скорости осаждения селена и температуры субстрата на уровне 15 ангстремов в секунду и 550 градусов по Цельсию, соответственно. Для того, чтобы обеспечить полную реакцию, аннеал отложенной пленки CIGS под окружающим селеном в течение 5 минут при температуре субстрата 550 градусов по Цельсию. Снижение температуры субстрата до 450 градусов по Цельсию под окружающим селеном, а затем выгрузить субстрат CIGS, когда температура субстрата ниже 250 градусов по Цельсию.

Приготовьте раствор кадмия сульфидной реакции ванны в стакане 250 миллилитров, добавив деионизированную воду, дигидрат ацетата кадмия, тиурею и ацетат аммония. Перемешать раствор в течение нескольких минут, пока однородно. Добавьте 3 миллилитров гидроксида аммония в раствор ванны и перемешайте в течение 2 минут.

Затем поместите образец CIGS в раствор реакционной ванны с помощью держателя образца тефлона. Поместите ответную ванну в водяную тепловую ванну, поддерживаемую при температуре 65 градусов по Цельсию. Перемешать раствор реакционной ванны при 200 об/мин во время процесса осаждения, позволяя реакции продолжать в течение 20 минут, чтобы генерировать примерно 70-80 нанометровый буферный слой кадмия сульфида на CIGS.

После реакции удалите образец из реакционной ванны, вымойте потоком деионизированной воды и высушите азотным газом. Аннеал образец при 120 градусах по Цельсию в течение 30 минут на разогретой плите. Подготовка 1 миллиграмм на миллилитр серебра нанопровод дисперсии путем смешивания 90 миллилитров этанола с 1 миллилитр 20-миллиграмм на миллилитр этанола основе серебра nanowire дисперсии.

Налейте 0,2 миллилитров разбавленной нанопроводной дисперсии серебра на образец сульфида кадмия CIGS, чтобы покрыть всю поверхность, и поверните образец при 1000 об/мин в течение 30 секунд. После этого, спин-пальто серебряные нанопроводы 3 раза. После спин-покрытие, anneal образец при 120 градусов по Цельсию в течение 5 минут на разогретой плите.

Подготовь новый раствор реакционной ванны кадмия сульфида, как описано ранее. Депозит сульфида кадмия, как описано ранее, за исключением изменения времени реакции, по мере необходимости. Теперь характеризуйте поверхностную морфологию серебряных нанопроводов с сульфидным покрытием кадмия оптической микроскопией.

Измерьте производительность солнечных батарей с помощью текущего источника напряжения, оснащенного солнечным тренажером. Здесь показаны структуры слоя солнечных элементов CIGS со стандартным оксидом цинка с алюминиевым оксидом на внутренней оксиде цинка и прозрачными проводящими электродами сети нанопроводов. Второй слой сульфида кадмия может быть выборочно отложен на наномасштабный зазор для создания стабильного электрического контакта.

Здесь показаны поперечные изображения электронной микроскопии передачи, вдоль второго сульфидного слоя кадмия, отложенного на сети нанопроводов серебра на структуре кадмия сульфида CIGS, а также через второй слой сульфида кадмия, депонированный на сети нанопроводов серебра. Второй сульфидный слой кадмия равномерно откладывается на поверхности серебряных нанопроводов, а на основе корпуса серебра производится слой кадмия. Второй слой сульфида кадмия заполняет воздушные зазоры между буфером кадмия и слоями нанопровода серебра, и достигается стабильный электрический контакт.

Здесь показана производительность устройства тонкоп пленкой cigS солнечной батареи с голыми серебряными нанопроводами, а также слой сульфида кадмия на прозрачном электропроводе серебристого нанопровода. Из-за нестабильного электрического контакта ячейка с голыми серебряными нанопроводами имеет плохую производительность устройства. Депозиция второго кадмия значительно повышает производительность клетки.

Самый важный шаг в нашем протоколе заключается в изготовлении второго слоя CdS на сети нанопроводов серебра. Разное время может быть оптимизировано путем измерения производительности устройства тонкой пленки cigS солнечных элементов. Мы предлагаем метод изготовления надежного наномасштабного электрического контакта в системе CIGS.

Мы считаем, что наш метод может быть применен к другим системам солнечных батарей, которые требуют повышения электрических контактных свойств.