Yöntem makalesi

Gümüş Nanowire elektrot ve CD tampon katmanı arasında cu (ın, GA) se2 ince-film güneş pilleri arasında sağlam Nanoölçek temas imalatı

5.8K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/59909

⸱

19 Temmuz 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

Bu makalede

Özet

Bu protokolde, biz bir gümüş nanotel ağ ve CD tampon katmanı arasında bir CIGS ince film güneş hücresi arasında sağlam bir nano temas imalat için ayrıntılı deneysel prosedür açıklanmaktadır.

Özet

Gümüş nanotel şeffaf elektrotlar cu (ın, GA) se2 ince film güneş pilleri için pencere katmanları olarak istihdam edilmiştir. Çıplak gümüş nanotel elektrotlar normalde çok kötü hücre performansı neden. Indum kalay oksit veya çinko oksit gibi orta iletkenli şeffaf malzemeler kullanarak gümüş nanoteller katıştırma veya sandviç, hücre performansını artırabilir. Ancak, çözelti işlenmiş matris katmanları şeffaf elektrotlar ve CD tampon arasında önemli sayıda arayüzey kusurları neden olabilir, bu da sonunda düşük hücre performansına neden olabilir. Bu yazıda bir gümüş nanotel elektrot ve temel CD tampon katmanı arasında bir cu (ın, GA) se2 güneş hücresi arasında sağlam elektrik teması imal açıklar, matris içermeyen gümüş nanotel şeffaf kullanarak yüksek hücre performansı sağlayan Elektrot -lar. Bizim yöntemi tarafından imal matris ücretsiz gümüş nanotel elektrot gümüş nanotel elektrot tabanlı hücrelerin şarj taşıyıcı toplama yeteneği gibi iyi olduğunu kanıtlıyor standart hücreler olarak balonaklı ZNO: Al/i-ZNO uzun gümüş nanoteller ve CD 'Lerin yüksek kaliteli elektrik teması vardır. Yüksek kaliteli elektrik teması, gümüş nanotel yüzeyine 10 Nm kadar ince bir ek CD tabakası yatırarak elde edilmiştir.

Giriş

Gümüş nanotel (agnw) ağlar kapsamlı bir alternatif olarak çalışılmıştır ındum kalay oksit (ITO) Şeffaf iletken ince filmler geleneksel Şeffaf iletken oksitler üzerinden avantajları nedeniyle (TCOS) düşük işlem maliyeti açısından ve daha iyi mekanik esneklik sağlar. Çözüm-işlenmiş AgNW ağ Şeffaf iletken elektrotlar (TCEs) böylece cu (ın, GA) se2 (cigs) ince film güneş hücreleri1,2,3,4,5 istihdam edilmiştir , 6. çözelti-işlenmiş agnw TCEs normalde gömülü-agnw veya sandviç-agnw yapıları PEDOT gibi iletken bir matris şeklinde imal edilmiştir: PSS, Ito, ZnO, vb7,8,9, 10,11 matris katmanları, ücret taşıyıcıları koleksiyonunun agnw ağının boş alanlarda bulunduğunu geliştirebilir.

Ancak, matris katmanları CIGS ince film güneş hücreleri12,13matris katmanı ve temel CDS tampon katmanı arasında arayüzey kusurları üretebilir. Arayüzey kusurları genellikle geçerli yoğunluk voltajında bir kink neden (J-V) eğrisi, düşük Dolgu faktörü sonuçlanan (FF) hücre, hangi güneş hücresi performansı için zararlı olan. Daha önce, AgNWs ve CdS arabellek katmanı14arasında ek bir ince CD katmanı (2ND CD katmanı) yatırarak bu sorunu çözmek için bir yöntem bildirdik. Ek bir CD katmanının birleştirilmesi, AgNW ve CD katmanları arasındaki kavşakta bulunan temas özelliklerini geliştirdi. Sonuç olarak, AgNW ağındaki taşıyıcı koleksiyonu büyük ölçüde iyileştirildi ve hücre performansı geliştirildi. Bu protokolde, biz bir CIGS ince film güneş hücresi 2ND CD katmanı kullanarak agnw ağ ve CD tampon katmanı arasında sağlam elektrik teması üretebilmek için deneysel prosedürü tarif.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. DC magnetron püskürtme ile Mo-kaplı cam hazırlanması

  1. Temizlenmiş cam substratlar bir DC magnetron içine yük ve aşağı 4 x 10-6 Torr aşağı pompa.
  2. Debi ar gazı ve çalışma basıncını 20 mTorr olarak ayarlayın.
  3. Plazma açın ve DC çıkış gücünü artırmak 3 kW.
  4. Hedef temizlik için 3 dakika ön-fışkırmadan sonra, Mo film kalınlığı yaklaşık 350 NM ulaştığında Mo biriktirme başlar.
  5. Aynı çıkış gücünü (örn. 3 kW) korurken çalışma basıncını 15 mTorr olarak ayarlayın.
  6. Mo toplam kalınlığı yaklaşık 750 Nm ulaşır kadar Mo biriktirme devam.

2. üç aşamalı koevaporasyon yoluyla CIGS emici tabaka birikimi

  1. 5 x 10-6 Torr 'den daha düşük bir vakum altında önceden ısıtılmış bir eş-Buharlaştırıcı içine Mo-kaplı cam yükleyin.
  2. Sırasıyla 2,5 å/s, 1,3 å/s ve 15 å/s cinsinden biriktirme hızları sağlayan ın, GA ve se efüzyon hücrelerinin sıcaklıklarını ayarlayın.
    1. Kuvars Kristal mikrodenge (QCM) tekniğini kullanarak biriktirme oranlarını kontrol edin. Biriktirme oranları efüzyon hücrelerinin set sıcaklığına ve efüzyon hücrelerinde malzeme miktarına bağlıdır.
  3. 450 °c ' nin substrat sıcaklığında 1 μm kalınlığında (ın, GA)xsey habercisi tabakası oluşturmak için Mo kaplı cama ın, GA ve se 'ye tedarik etmeye başlayın. Biriktirme süresi 15 dakika (yani, 1St aşama).
  4. In ve GA malzemelerini durdurun ve 550 °C ' ye kadar substrat sıcaklığını artırın.
  5. Cu tedarik başlar (biriktirme oranı: 1,5 Å/s) üzerine (ın, GA)xsey ön ve cu kadar devam/(+ GA) filmin kompozisyon oranı 1,15 ulaşır. Se biriktirme oranı 2ND aşama (yani 2ND aşama) ile 15 Å/s korunur unutmayın.
  6. Cu tedarik etmeyi durdurun ve 1St aşamasına kadar aynı biriktirme oranlarına sahip olarak yeniden Buharlaşın ve GA/(ın + ga) 0,9 kompozisyonsal oranı ile yaklaşık 2 μm kalınlığında CIGS filmi oluşturur. Se biriktirme hızı ve substrat sıcaklığını sırasıyla 15 Å/s ve 550 °C ' de koruyun. Bu aşamanın biriktirme süresi 4 dakika (yani 3 'üncü aşama).
  7. Tam bir reaksiyon sağlamak için, 550 °c ' nin substrat sıcaklığında 5 dk için Ambient se (15 Å/s) altında biriken CIGS filmi tavlama.
  8. Yüzey sıcaklığı 250 °C ' nin altında olduğu zaman, ortam se (15 Å/s) altında 450 °C ' ye kadar soğur ve sonra da CIGS yatırılmış substrat boşaltılır.

3. bir kimyasal banyo biriktirme (CBD) yöntemi kullanılarak CıGS emici katmanında CD tampon katmanının büyümesi

  1. CD (CH3COO)2· 2H2O, 0,041 g NH2csnh2ve 0,155 g ch3coonh4, 97 ml dı su ekleyerek 0,079, 250 ml kabı CDS reaksiyon banyo çözümü hazırlayın. Karıştırın birkaç dakika için çözüm karıştırın. Tüm eklenen solutes tamamen çözülür emin olun.
  2. Banyo çözeltisi içine 3 mL NH4Oh (% 28 NH3) ekleyin ve 2 dakika Için çözüm KARıŞTıRıN 1 CD için CBD deneysel kurulumunu gösterir.
  3. Bir Teflon örnek tutucu kullanarak reaksiyon banyo çözümü içine CıGS örnek koyun.
  4. 65 °C ' de tutulan su-ısı banyosuna reaksiyon banyosunu koyun ve biriktirme işlemi sırasında bir manyetik çubuk kullanarak 200 rpm 'de reaksiyon banyosu çözümünü karıştırın.
  5. Yaklaşık 70 oluşturmak için 20 dakika tepki 80 nm CdS tampon katmanı CıGS üzerinde.
  6. Reaksiyondan sonra, numuneyi reaksiyon banyosundan çıkarın, bir dı suyu akışı ile yıkayın ve N2 gazla kurutun.
  7. Bir sıcak plaka üzerinde 30 dakika için 120 °C ' de örnek anneal.

4. AgNW TCE ağının imalatı

  1. 1 mL (20 mg/mL) satın alınan etanol tabanlı AgNW dispersiyonu ile 19 mL etanol karıştırarak seyreltilmiş bir AgNW dağılımı (1 mg/mL) hazırlayın.
  2. Numunenin tüm yüzeyini kapsayacak şekilde (2,5 cm x 2,5 cm) bir CD/CIGS numunesi üzerine seyreltilmiş AgNW dispersiyonunda 0,2 mL dökün ve numuneyi 30 s için 1.000 RPM ile döndürün.
  3. İstenen optik ve elektriksel özellikleri elde etmek için gerektiğinde adım 4,2 tekrarlayın. Spin-Coat AgNWs 3x. Spin kaplamalı AgNW TCE 'nin Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüsü Şekil 2' de gösterilir.
  4. Spin-kaplama sonra, bir sıcak plaka üzerinde 5 dakika için 120 °c ' de numune tavlama.

5.2ND CD katmanının birikimi

  1. 3,1 adımda açıklandığı gibi yeni bir CD reaksiyonu banyo çözümü hazırlayın.
  2. Gereken reaksiyon süresini değiştirmek dışında, Bölüm 3 ' te olduğu gibi CD 'Leri yatırın.
    Not: reaksiyon süresini optimize ettik ve 10 dk. en iyi performansa sahip CıGS cihazıyla sonuçlandı. Bir CıGS ince film güneş pili cihaz performansı 2ND CDS biriktirme süresi etkisi önceki çalışma14bulunabilir.

6. karakterizasyon teknikleri

  1. Alan emisyonu SEM ve iletim elektron mikroskobu (TEM) ile AgNWs ve CD kaplı AgNWs 'in yüzey ve çapraz Seksiyonel morfolojisi karakterize edilir.
  2. Bir güneş Simülatörü (1.000 W/m2, 1,5 g) ile donatılmış bir akım voltaj kaynağı kullanarak güneş hücresi performansını ölçmek.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

CIGS güneş hücrelerinin katman yapıları (a) standart ZnO: Al/i-ZnO ve (b) AgNW TCE Şekil 3' te gösterilir. CIGS 'nin yüzey morfolojisi pürüzlü ve AgNW tabakası ile altta yatan CdS tampon katmanı arasında Nanoölçek boşluğu ortaya çıkarabilir. Şekil 3A'da vurgulanan 2ND CD katmanı, istikrarlı bir elektrik teması oluşturmak için nano ölçek boşluğu üzerine seçici olarak yatırılabilir. Elektrik temas ve elektriksel özellikl...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

2ND CD katmanının biriktirme süresini en iyi hücre performansını elde etmek için optimize edilmelidir unutmayın. Biriktirme süresi arttıkça, 2ND CD katmanının kalınlığı artar ve sonuç olarak elektrik teması gelişecektir. Ancak, 2ND CD katmanının daha fazla birikimi ışık emilimini azaltan kalın bir tabakaya neden olacak ve cihaz verimliliği azalacak. 2ND CD katmanı için 10 dk birikme süresi ile en iyi hücre performansını elde ettik ve hücre verimliliğinin daha uzun biriktirme sü...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar, rakip finansal çıkarların olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Bu araştırma of-House araştırma ve geliştirme programı Kore Enerji Araştırma Enstitüsü (KıER) (B9-2411) ve temel bilim araştırma programı tarafından desteklenen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) Bakanlığı tarafından finanse Eğitim (Grant NRF-2016R1D1A1B03934840).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
MoMaterionSaflığı: 3N5Mo püskürtme
Cu5N PlusSaflık: 4N7CIGS biriktirme
5NPlusSaflıkta: 5NCIGS biriktirme
Ga5N PlusSaflık: 5NCIGS biriktirme
Se5N PlusSaflık: 5NCIGS biriktirme
Amonyum asetatAlfa Aesar11599CdS reaksiyon çözeltisi
Amonyum hidroksitAlfa AesarL13168CdS reaksiyon çözeltisi
Kadmiyum asetat dihidratSigma-Aldrich289159CdS reaksiyon çözeltisi
ThioureaSigma-AldrichT8656CdS reaksiyon çözeltisi
Gümüş NanotelACSMaterialAgNW-L30AgNW dispersiyonu

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

CIGS nce Film G ne PilleriElektriksel Kontak yile tirmesiDC Magnetron S ratmaMolibden BiriktirmeKadmiyum S lf r BiriktirmeSpin Kaplama lemiKesit TEM AnaliziCihaz Performans l m

İlgili makaleler