As redes de nanofios de prata são uma tecnologia emergente para substituir óxidos condutores transparentes tradicionais na aplicação de células solares de filme fino. No entanto, o contato elétrico com a camada subjacente tem sido um problema. Nosso protocolo é um método de processo simples para melhorar a propriedade de contato elétrico entre a rede de nanofios de prata e a camada tampão cds subjacente em células solares de película fina CIGS.
Nosso método é um processo muito simples, reprodutível e barato baseado em soluções. Também é comparável ao processo baseado em soluções existente, para fabricar células solares de película fina CIGS. Primeiro, carregue substratos de vidro limpo em um magnetron DC, e bombeie para baixo para soprar quatro vezes 10 para o menos seis torr.
Esvoe gás argônio, e coloque a pressão de trabalho em 20 militorr. Ligue o plasma e aumente a potência de saída dc para três quilowatts. Depois de pré-sputtering três minutos para limpeza do alvo, comece a deposição de molbdenum até que a espessura do filme molbdenum atinja aproximadamente 350 nanômetros.
Em seguida, coloque a pressão de trabalho em 15 militorr, mantendo a potência de saída em 3 quilowatts. Retome a deposição do molbdenum até que a espessura total do molbênio atinja aproximadamente 750 nanômetros. Carregue o vidro revestido de molhênio em um co-evaporador pré-aquecido sob um vácuo inferior a 5 vezes 10 para o torr menos 6.
Defina as temperaturas das células de efusão de índio, gálio e selênio, produzindo taxas de deposição de 2,5, 1,3 e 15 angstroms por segundo, respectivamente. Verifique as taxas de deposição usando a técnica de microequilí equilíbrio de cristal de quartzo. Comece a fornecer índio, gálio e selênio no vidro revestido de molhênio para formar uma camada precursora de indium-gálio-bângênio de um micrômetro de espessura a uma temperatura substrato de 450 graus Celsius.
Após 15 minutos, pare os suprimentos de índio e gálio e aumente a temperatura do substrato para 550 graus Celsius. Em seguida, comece a fornecer cobre para o precursor de índio-gálio-selênio e continue até que a razão composição cobre-índio+gálio do filme atinja 1,15. Pare de fornecer cobre e evapore o índio e o gálio novamente com as mesmas taxas de deposição do primeiro estágio para formar um filme CIGS de aproximadamente 2 micrômetros de espessura com uma razão composição de cobre para índio+gálio de 0,9.
Mantenha a taxa de deposição de selênio e a temperatura do substrato a 15 angstroms por segundo e 550 graus Celsius, respectivamente. Para garantir uma reação completa, ressare o filme CIGS depositado sob selênio ambiente por 5 minutos a uma temperatura de substrato de 550 graus Celsius. Diminua a temperatura do substrato para 450 graus Celsius sob selênio ambiente e, em seguida, descarregue o substrato depositado CIGS quando a temperatura do substrato estiver abaixo de 250 graus Celsius.
Prepare uma solução de banho de reação de sulfeto de cádmio em um béquer de 250 mililitros, adicionando água deionizada, dihidrate de acetato de cádmio, tiorea e acetato de amônio. Mexa a solução por vários minutos até ficar homogêneo. Adicione 3 mililitros de hidróxido de amônio à solução do banho e mexa por 2 minutos.
Em seguida, coloque a amostra CIGS na solução de banho de reação usando um suporte de amostra Teflon. Coloque o banho de reação em um banho de calor aquático, mantido a 65 graus Celsius. Mexa a solução de banho de reação a 200 RPM durante o processo de deposição, permitindo que a reação prossiga por 20 minutos para gerar uma camada de tampão de sulfeto de cádsio de aproximadamente 70-80 nanômetros no CIGS.
Após a reação, remova a amostra do banho de reação, lave com um fluxo de água deionizada e seque com gás nitrogênio. Ressurrea a amostra a 120 graus Celsius por 30 minutos em uma placa de aquecimento pré-aquecido. Prepare uma dispersão de nanofio de prata de 1 miligrama por mililitro misturando 90 mililitros de etanol com 1 mililitro de uma dispersão de nanofio de prata à base de etanol de 20 miligramas.
Despeje 0,2 mililitros da dispersão de nanofiso de prata diluída em uma amostra CIGS de sulfeto de cádmio, para cobrir toda a superfície, e gire a amostra a 1000 RPM por 30 segundos. Depois disso, gire os nanofios prateados 3 vezes. Após o spin-coating, ressare a amostra a 120 graus Celsius por 5 minutos em uma placa de aquecimento pré-aquecido.
Prepare uma nova solução de banho de reação de sulfeto de cádmio, como descrito anteriormente. Deposite sulfeto de cádmio como descrito anteriormente, exceto alterar o tempo de reação, conforme necessário. Agora, caracterize a morfologia superficial dos nanofitos de prata revestidos de sulfeto de cádmio por microscopia óptica.
Meça o desempenho das células solares usando uma fonte de tensão de corrente equipada com um simulador solar. As estruturas de camadas das células solares CIGS com óxido de zinco dopado em alumínio padrão em óxido de zinco intrínseco e eletrodos transparentes da rede de nanofios de prata são mostrados aqui. A segunda camada de sulfeto de cádmio pode ser depositada seletivamente na lacuna de nanoescala para criar um contato elétrico estável.
Imagens de microscopia eletrônica de transmissão transversal, ao longo da segunda camada de sulfeto de cádmio, depositadas na rede de nanofito de prata na estrutura CIGS de sulfeto de cádmio, e através da segunda camada de sulfeto de cádmio depositado na rede de nanofios de prata, são mostradas aqui. A segunda camada de sulfeto de cádmio é uniformemente depositada na superfície dos nanofios de prata e a camada de cádmio na estrutura de nanofios de prata da concha do núcleo é produzida. A segunda camada de sulfeto de cádmio preenche as lacunas de ar entre as camadas de tampão de cádmio e nanofio prateado, e o contato elétrico estável é alcançado.
O desempenho do dispositivo de uma célula solar de filme fino CIGS com nanofios de prata nus, e a camada de sulfeto de cádmio nos eletrodos de condução transparentes de nanofio de prata da concha do núcleo é mostrado aqui. Devido ao contato elétrico instável, a célula com nanofios prateados nus tem baixo desempenho do dispositivo. A deposição de uma segunda camada de cádmio melhora muito o desempenho da célula.
O passo mais importante em nosso protocolo é fabricar uma segunda camada de CdS na rede de nanofios prateados. O tempo divergente pode ser otimizado medindo o desempenho do dispositivo da célula solar de filme fino CIGS. Sugerimos um método para fabricar contato elétrico de nanoes em escala robusta no sistema CIGS.
Acreditamos que nosso método pode ser aplicado a outros sistemas de células solares, que requerem melhoria das propriedades de contato elétrico.
