Name: fabrication of robust nanoscale contact between a silver nanowire electrode and cds buffer layer in cu(in,ga)se2 thin-film solar cells
Uploaded: 2019-07-19T14:30:00
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本研究は、韓国エネルギー研究所(KIER)の社内研究開発プログラム(B9-2411)と韓国国立研究財団(NRF)の助成を受けた基礎科学研究プログラムの支援を受けた。教育(グラントNRF-2016R1D1A1B03934840)。

1. DCマグネトロンスパッタリングによるモーコーティングガラスの調製
<ol><li>洗浄されたガラス基板をDCマグネトロンにロードし、4 x 10-6 Torr以下までポンプでくみます。</li>
	<li>フローArガスと20 mTorrに動作圧力を設定します。</li>
	<li>プラズマをオンにし、DC出力電力を3kWに上します。</li>
	<li>標的洗浄のために3分間のプレスパッタリング後、Moフィルムの厚さが約350nmに達するまでMo...

<ol>
	<li>Lee, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+lateral+collection+length+of+charge+carriers+for+silver-nanowire-electrode-based+Cu(In,Ga)Se2+thin-film+solar+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+transparent+conductive+materials+based+on+silver+nanowire+networks:+a+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanowire+composite+window+layers+for+fully+solution-deposited+thin-film+photovoltaic+devices.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanowire-based+transparent,+flexible,+and+conductive+thin+film.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+flexible+silver+nanowire+electrodes+for+shape-memory+polymer+light-emitting+diodes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ordered+vacancy+compound+formation+by+controlling+element+redistribution+in+molecular-level+precursor+solution+processed+CuInSe2+thin+films.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+transparent+low+resistance+ZnO/Ag+Nanowire/ZnO+composite+electrode+for+thin+film+solar+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-film+copper+indium+gallium+selenide+solar+cell+based+on+low-temperature+all-printing+process.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-solution-processed+indium-free+transparent+composite+electrodes+based+on+Ag+Nanowire+and+Metal+Oxide+for+thin-film+solar+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution-processed+Ag+Nanowires+++PEDOT:PSS+hybrid+electrode+for+Cu(In,Ga)Se2+thin-film+solar+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-nonvacuum-processed+CIGS+solar+cells+using+scalable+Ag+NWs/AZO-based+transparent+electrodes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cu(In,Ga)Se2+thin+film+solar+cells+with+solution+processed+silver+nanowire+composite+window+layers:+buffer/window+junctions+and+their+effects.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current-voltage+characteristics+of+fully+solution+processed+high+performance+CuIn(S,Se)2+solar+cells:+crossover+and+red+kink.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+nanoscale+contact+of+silver+nanowire+electrodes+to+semiconductors+to+achieve+high+performance+chalcogenide+thin+film+solar+cells.">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>

最適なセルパフォーマンスを達成するには、2番目の CdS 層の堆積時間を最適化する必要があります。堆積時間が大きくなるにつれて、2番目のCdS層の厚さが増し、その結果、電気的接触が改善されます。しかし、2番目のCdS層のさらなる堆積は、光吸収を減少させる厚い層をもたらし、デバイスの効率が低下します。2nd CdS層の堆積時間10分で最高の細胞性能を達...

銀ナノワイヤー(AgNW)ネットワークは、従来の透明導電酸化物(TCIO)に比べた低い処理コストの面で優位性を有するため、酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜の代替として広く研究されてきた。より良い機械的柔軟性。溶液処理AgNWネットワーク透明導電電極(TCE)は、Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太陽電池1、2、3、4、5に採用されています。 ,6.溶液処理されたAgNW TCは、通常、PEDOTのような導電性マトリックスで組み込みAgNWまたはサンドイッチAgNW構造の形で製造される:PSS、ITO、ZnO、等の7、8、9、 10,11マトリックス層は、AgNWネットワークの空きスペースに存在する電荷キャリアのコレクションを強化することができる。
しかしながら、マトリックス層は、CIGS薄膜太陽電池12,13において、マトリックス層と基礎となるCdSバッファー層との間に界面欠陥を生成することができる。界面欠陥は、多くの場合、電流密度電圧(J-V)曲線にキンクを引き起こし、その結果、太陽電池の性能に悪影響を及ぼすセル内の低充填因子(FF)を生じます。以前に、AgNWs と CdS バッファー層14の間に追加のシン CdS 層 (2nd CdS 層) を選択的にデポジットすることで、この問題を解決する方法を報告しました。追加の CdS レイヤーの組み込みにより、AgNW 層と CdS 層の接合部の接触プロパティが強化されました。その結果、AgNWネットワークにおけるキャリア収集が大幅に改善され、セル性能が向上しました。本プロトコルでは、CIGS薄膜太陽電池における2nd CdS層を用いてAgNWネットワークとCdSバッファ層との間の堅牢な電気的接触を製造するための実験手順について述べた。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:616px;" width="617">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mo</td>
			<td style="width:115px;">Materion</td>
			<td style="width:119px;">Purity: 3N5</td>
			<td style="width:167px;">Mo sputtering</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cu</td>
			<td style="width:115px;">5N Plus</td>
			<td style="width:119px;">Purity: 4N7</td>
			<td>CIGS deposition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">In</td>
			<td style="width:115px;">5N Plus</td>
			<td style="width:119px;">Purity: 5N</td>
			<td>CIGS deposition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ga</td>
			<td style="width:115px;">5N Plus</td>
			<td style="width:119px;">Purity: 5N</td>
			<td>CIGS deposition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Se</td>
			<td style="width:115px;">5N Plus</td>
			<td style="width:119px;">Purity: 5N</td>
			<td>CIGS deposition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ammonium acetate</td>
			<td style="width:115px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:119px;">11599</td>
			<td>CdS reaction solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ammonium hydroxide</td>
			<td style="width:115px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:119px;">L13168</td>
			<td>CdS reaction solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cadmium acetate dihydrate</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">289159</td>
			<td>CdS reaction solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Thiourea</td>
			<td style="width:115px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">T8656</td>
			<td>CdS reaction solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silver Nanowire</td>
			<td style="width:115px;">ACSMaterial</td>
			<td style="width:119px;">AgNW-L30</td>
			<td>AgNW dispersion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of robust nanoscale contact between a silver nanowire electrode and cds buffer layer in cu(in,ga)se2 thin-film solar cells

銀ナノワイヤー透明電極は、Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池の窓層として採用されている。ベア銀ナノワイヤー電極は、通常、非常に悪い細胞性能をもたらす。インジウムスズ酸化物や酸化亜鉛などの適度な導電性透明材料を使用して銀ナノワイヤを埋め込んだり挟んだりすると、細胞の性能を向上させることができます。しかし、溶液処理されたマトリックス層は、透明な電極とCdSバッファの間にかなりの数の界面欠陥を引き起こす可能性があり、最終的には低い細胞性能をもたらす可能性があります。この原稿では、Cu(In,Ga)Se2太陽電池における銀ナノワイヤー電極と基礎となるCdSバッファー層との間の堅牢な電気的接触を製造する方法について説明し、マトリックスフリーの銀ナノワイヤ透明を使用して高い細胞性能を実現する方法を説明します。電極。本手法で製造されたマトリックスフリーの銀ナノワイヤ電極は、銀ナノワイヤー電極系細胞の電荷担体収集能力が、スパッタ付きZnO:Al/i-ZnOを有する標準細胞と同じくらい優れた性能を有することを証明している。CdSは、高品質の電気接点を持っています。高品質の電気接触は、銀ナノワイヤー表面に10nmの薄い追加のCdS層を堆積することによって達成された。

(a) 標準 ZnO:Al/i-ZnO および (b) AgNW TCE を持つ CIGS 太陽電池の層構造を図 3に示します。CIGSの表面形態は粗く、AgNW層と基礎となるCdSバッファ層との間にナノスケールのギャップが形成される可能性があります。図3Aで強調されているように、2番目のCdS層をナノスケールギャップ上に選択的に堆積させることで、安定し?...

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Fabrication of Robust Nanoscale Contact between a Silver Nanowire Electrode and CdS Buffer Layer in CuIn,GaSe2 Thin-film Solar Cells

本プロトコルでは、CIGS薄膜太陽電池における銀ナノワイヤネットワークとCdSバッファ層との間の堅牢なナノスケール接触の製造のための詳細な実験手順について述べた。

Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池における銀ナノワイヤー電極とCdSバッファー層間の堅牢なナノスケール接触の製造

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

銀ナノワイヤネットワークは、薄膜太陽電池アプリケーションで従来の透明導電酸化物を置き換える新しい技術です。しかしながら、下層への電気的接触は問題となっている。当社のプロトコルは、銀ナノワイヤネットワークとCIGS薄膜太陽電池の基底のCdSバッファ層との間の電気的接触特性を強化する簡単なプロセス方法です。当社の方法は、非常にシンプルで再現性が高く、安価なソリューションベースのプロセスです。また、既存の溶液ベースのプロセスに匹敵し、CIGS薄膜太陽電池を製造する。まず、ガラス基板をDCマグネトロンにロードし、マイナス6トルまで4倍の10を吹き付けるためにポンプダウンします。アルゴンガスを流し、20ミリトールに作動圧力を設定する。プラズマの電源を入れ、DC出力電力を3キロワットに増やします。ターゲットクリーニングのために3分間前スパッタリングした後、モリブデン膜の厚さが約350ナノメートルに達するまでモリブデン堆積を開始する。次に、出力電力を3キロワットに保ちながら、作動圧力を15ミリトールに設定します。モリブデンの全厚さが約750ナノメートルに達するまで、モリブデン堆積を再開します。モリブデンコーティングされたガラスを、マイナス6トルの5倍の10倍未満の真空下で予熱されたコエバポレーターに積み込みます。インジウム、ガリウム、セレンエフューズセルの温度を設定し、堆積率をそれぞれ2.5、1.3、および15オングストローム/秒に設定します。水晶結晶マイクロバランス技術を使用して、堆積速度を確認してください。モリブデンコーティングガラスにインジウム、ガリウム、セレンの供給を開始し、厚さ1マイクロメートルのインジウムガリウムセレン前駆体層を450°Cの基板温度で形成します。15分後、インジウムとガリウムの供給を停止し、基板温度を摂氏550度に上げます。次に、インジウムガリウムセレン前駆体に銅を供給し始め、フィルムの銅とインジウム+ガリウム組成比が1.15に達するまで続けます。銅の供給を停止し、第1段階と同じ堆積率でインジウムとガリウムを再び蒸発させ、銅対インジウム+ガリウム組成比0.9で厚さ約2マイクロメートルのCIGSフィルムを形成します。セレンの堆積速度と基板温度を、それぞれ毎秒15オングストロームと550°Cに保ちます。完全な反応を確実にするために、550°Cの基板温度で5分間、周囲セレンの下に堆積したCIGSフィルムをアニールします。基板温度をアンビエントセレン下で摂氏450度に下げ、基板温度が250°C未満の場合は、基板の堆積物をアンロードします。硫化カドミウム反応槽溶液を250ミリリットルビーカーに調製し、脱イオン水、酢酸カドミウム二水和物、チオ尿素、酢酸アンモニウムを添加します。均質になるまで溶液を数分間攪拌します。水酸化アンモニウム3ミリリットルを浴液に加え、2分間かき混ぜます。次に、TEフロンサンプルホルダーを使用して、CIGSサンプルを反応槽溶液に入れる。反応浴を水熱浴に入れ、摂氏65度に保つ。沈着プロセス中に反応浴液を200RPMで撹拌し、20分間進行させて、約70〜80ナノメートルの硫化カドミウム緩衝液層をCIGS上に生成させる。反応後、反応浴から試料を取り出し、脱イオン水の流れで洗浄し、窒素ガスで乾燥させる。予熱したホットプレートで30分間、摂氏120度でサンプルをアニールします。1ミリリットル当たり1ミリリットルの銀ナノワイヤー分散液を調製し、90ミリリットルのエタノールと1ミリリットルのエタノールベースの銀ナノワイヤー分散液を1ミリリットル混合します。希釈した銀ナノワイヤ分散体を0.2ミリリットルを硫化カドミウムCIGSサンプルに注ぎ、表面全体を覆い、1000 RPMで30秒間回転させます。これに続いて、銀ナノワイヤを3回スピンコートする。スピンコーティング後、予熱したホットプレートで5分間摂氏120度でサンプルをアニールします。前述のように新しい硫化カドミウム反応浴液を調製する。先に述べたように硫化カドミウムを析出し、反応時間を変更する以外は、必要に応じて。今度は、光学顕微鏡による硫化カドミウムコーティング銀ナノワイヤの表面形態を特徴付けます。太陽シミュレータを搭載した電流電圧源を使用して太陽電池の性能を測定します。固有酸化亜鉛および銀ナノワイヤーネットワーク透過伝導電極上に標準アルミニウムドープ亜鉛を有するCIGS太陽電池の層構造を示す。第2の硫化カドミウム層は、ナノスケールのギャップに選択的に堆積させ、安定した電気的接触を作り出すことができる。断面透過型電子顕微鏡画像は、第2の硫化カドミウム層に沿って、硫化カドフィドCIGS構造上の銀ナノワイヤネットワーク上に堆積し、また、銀ナノワイヤーネットワーク上に堆積した第2の硫化カドミウム層を横切って、ここに示されている。第2の硫化カドミウム層は、銀ナノワイヤの表面に均一に堆積し、コアシェル銀ナノワイヤー構造上のカドミウム層が生成される。第2の硫化カドミウム層は、カドミウムバッファーと銀ナノワイヤ層の間の空隙を埋め、安定した電気的接触を実現する。ベアシルバーナノワイヤを用いたCIGS薄膜太陽電池のデバイス性能と、コアシェルの銀ナノワイヤ透過導電電極上の硫化カドミウム層を示します。不安定な電気接触のために、ベアシルバーナノワイヤーを有するセルは、デバイス性能が悪い。第2のカドミウム層の堆積は、細胞性能を大きく向上させる。プロトコルの最も重要なステップは、シルバーナノワイヤネットワーク上の第2のCdS層を作製することです。CIGSの薄膜太陽電池のデバイス性能を測定することで、時間の分散を最適化できます。我々は、CIGSシステムにおける強固なナノスケール電気的接触を作製する方法を提案する。電気接触特性の向上が必要な他の太陽電池システムにも応用できると考えています。

Research

JoVE Journal

Engineering

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銅上のア​​トムプローブトモグラフィ研究（、ジョージア州）SE<sub&gt; 2</sub&gt;粒界

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