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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 4/2020

23.01.2020

Etching process optimization of non-vacuum fabricated Cu2ZnSnS4 solar cell

verfasst von: Gema Refantero, Eka Cahya Prima, Andhy Setiawan, Camelia Panatarani, Deni Cahyadi, Brian Yuliarto

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 4/2020

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Abstract

Thin-film solar cell based on kesterite material Cu2ZnSnS4 (CZTS) is one of the third generation prospective solar cells replacing commercial Cu(Inx, Ga1−x)S2 (CIGS) material. However, the substitution of rare In and Ga material by Zn and Sn still requires further fabrication optimization. The secondary phases that formed during the fabrication process might have prohibited cell performance. Therefore, this work is essential to focus on introducing the etching process using 5% HCl with an etching time of 0, 100, 300, 480, and 600 s in order to minimize the secondary phases of Cu2S, SnS. SnS2, and ZnS during non-vacuum fabrication of Cu2ZnSnS4 kesterite. This Cu2ZnSnS4 active material works as a p-type semiconductor in thin layer solar cells. The film was deposited by the spin coating method with the standard structure of Mo/Cu2ZnSnS4/CdS/AZO/Ag. Characterization was carried out by X-ray diffraction (XRD) testing, scanning electron microscope–energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM–EDX), UV–Vis spectroscopy, Tauc Plot analysis, and light-harvesting efficiency. The best results showed that the introduction of etching treatment using 5% HCl for 300 s in the CZTS layer has successfully reduced the secondary phases of ZnS, Cu2S, and SnS2 by 28.9, 5.8, and 0.3%, respectively. This absorber layer has contributed to achieving the maximum light-harvesting efficiency (LHE) of 95.2% with a bandgap of 1.76 eV. Interestingly, the treatment does not significantly contribute to changing the surface morphology and the grain size of Cu2ZnSnS4 kesterite film, but it affects the pores on the surface of the absorber layer due to the ZnS secondary phase reduction.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat M.H. Hasan, T.I. Mahlia, H. Nur, Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 2316–2328 (2012)CrossRef M.H. Hasan, T.I. Mahlia, H. Nur, Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 2316–2328 (2012)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat B. Li, L. Wang, B. Kang, P. Wang, Y. Qiu, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90 549–573 (2006)CrossRef B. Li, L. Wang, B. Kang, P. Wang, Y. Qiu, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 90 549–573 (2006)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat E.C. Prima, N.N. Hidayat, B. Yuliarto, H.K. Dipojono, Spectrochim. Acta Part A 171, 112–125 (2017)CrossRef E.C. Prima, N.N. Hidayat, B. Yuliarto, H.K. Dipojono, Spectrochim. Acta Part A 171, 112–125 (2017)CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat E.C. Prima, B. Yuliarto, A. Nuruddin, G. Kawamura, A. Matsuda, New J. Chem. 42, 11616–11628 (2018)CrossRef E.C. Prima, B. Yuliarto, A. Nuruddin, G. Kawamura, A. Matsuda, New J. Chem. 42, 11616–11628 (2018)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat N. Kannan, D. Vakeesan, Renew. Sustain. Energy Rev. 62, 1092–1105 (2016)CrossRef N. Kannan, D. Vakeesan, Renew. Sustain. Energy Rev. 62, 1092–1105 (2016)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat A. Chirilă, P. Reinhard, F. Pianezzi, P. Bloesch, A. R. Uhl, C. Fella, et al., Nat. Mater. 12, 1107 (2013)CrossRef A. Chirilă, P. Reinhard, F. Pianezzi, P. Bloesch, A. R. Uhl, C. Fella, et al., Nat. Mater. 12, 1107 (2013)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat C. Yan, J. Huang, K. Sun, S. Johnston, Y. Zhang, H. Sun, et al., Nat. Energy 3, 764 (2018)CrossRef C. Yan, J. Huang, K. Sun, S. Johnston, Y. Zhang, H. Sun, et al., Nat. Energy 3, 764 (2018)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat S. Giraldo, E. Saucedo, M. Neuschitzer, F. Oliva, M. Placidi, X. Alcobé, et al., Energy Environ. Sci. 11, 582–593 (2018)CrossRef S. Giraldo, E. Saucedo, M. Neuschitzer, F. Oliva, M. Placidi, X. Alcobé, et al., Energy Environ. Sci. 11, 582–593 (2018)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat W. Wang, M.T. Winkler, O. Gunawan, T. Gokmen, T.K. Todorov, Y. Zhu, D.B. Mitzi, Adv. Energy Mater. 4, 1301465 (2014)CrossRef W. Wang, M.T. Winkler, O. Gunawan, T. Gokmen, T.K. Todorov, Y. Zhu, D.B. Mitzi, Adv. Energy Mater. 4, 1301465 (2014)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat S. Schorr, M. Tovar, H.J. Hoebler, H.W. Schock, Thin Solid Films 517, 2508–2510 (2009)CrossRef S. Schorr, M. Tovar, H.J. Hoebler, H.W. Schock, Thin Solid Films 517, 2508–2510 (2009)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat S. Siebentritt, S. Schorr, Prog. Photovolt. Res. Appl. 20, 512–519 (2012)CrossRef S. Siebentritt, S. Schorr, Prog. Photovolt. Res. Appl. 20, 512–519 (2012)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat S. Giraldo, Z. Jehl, M. Placidi, V. Izquierdo-Roca, A. Pérez-Rodríguez, E. Saucedo, Adv. Mater. 31, 1806692 (2019)CrossRef S. Giraldo, Z. Jehl, M. Placidi, V. Izquierdo-Roca, A. Pérez-Rodríguez, E. Saucedo, Adv. Mater. 31, 1806692 (2019)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat S. Chen, A. Walsh, X.G. Gong, S.H. Wei, Adv. Mater. 25, 1522–1539 (2013)CrossRef S. Chen, A. Walsh, X.G. Gong, S.H. Wei, Adv. Mater. 25, 1522–1539 (2013)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat S. Bourdais, C. Choné, B. Delatouche, A. Jacob, G. Larramona, C. Moisan, et al., Adv. Energy Mater. 6, 1502276 (2016)CrossRef S. Bourdais, C. Choné, B. Delatouche, A. Jacob, G. Larramona, C. Moisan, et al., Adv. Energy Mater. 6, 1502276 (2016)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat C.J. Hages, A. Redinger, S. Levcenko, H. Hempel, M.J. Koeper, R. Agrawal, et al., Adv. Energy Mater. 7, 1700167 (2017)CrossRef C.J. Hages, A. Redinger, S. Levcenko, H. Hempel, M.J. Koeper, R. Agrawal, et al., Adv. Energy Mater. 7, 1700167 (2017)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat T.J. Huang, X. Yin, G. Qi, H. Gong, Physica Status Solidi Rapid Res. Lett. 8, 735–762 (2014)CrossRef T.J. Huang, X. Yin, G. Qi, H. Gong, Physica Status Solidi Rapid Res. Lett. 8, 735–762 (2014)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat T. Schwarz, O. Cojocaru-Mirédin, P. Choi, M. Mousel, A. Redinger, S. Siebentritt, D. Raabe, Appl. Phys. Lett. 102, 042101 (2013)CrossRef T. Schwarz, O. Cojocaru-Mirédin, P. Choi, M. Mousel, A. Redinger, S. Siebentritt, D. Raabe, Appl. Phys. Lett. 102, 042101 (2013)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat K. Timmo, M. Altosaar, J. Raudoja, M. Grossberg, M. Danilson, O. Volobujeva, E. Mellikov, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 001982-001985 (2010) K. Timmo, M. Altosaar, J. Raudoja, M. Grossberg, M. Danilson, O. Volobujeva, E. Mellikov, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 001982-001985 (2010)
20.
Zurück zum Zitat M. Mousel, A. Redinger, R. Djemour, M. Arasimowicz, N. Valle, P. Dale, S. Siebentritt, Thin Solid Films 535, 83–87 (2013)CrossRef M. Mousel, A. Redinger, R. Djemour, M. Arasimowicz, N. Valle, P. Dale, S. Siebentritt, Thin Solid Films 535, 83–87 (2013)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat E.C. Prima, B. Yuliarto, H.K. Dipojono, Adv. Mater. Res. 1112, 317–320 (2015)CrossRef E.C. Prima, B. Yuliarto, H.K. Dipojono, Adv. Mater. Res. 1112, 317–320 (2015)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat M. Guo, K. Xie, J. Lin, Z. Yong, C.T. Yip, L. Zhou, et al., Energy Environ. Sci. 5(12), 9881–9888 (2012)CrossRef M. Guo, K. Xie, J. Lin, Z. Yong, C.T. Yip, L. Zhou, et al., Energy Environ. Sci. 5(12), 9881–9888 (2012)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat A. Fairbrother, E. García-Hemme, V. Izquierdo-Roca, X. Fontané, F.A. Pulgarín-Agudelo, O. Vigil-Galán et al., J. Am. Chem. Soc. 134(19), 8018–8021 (2012)CrossRef A. Fairbrother, E. García-Hemme, V. Izquierdo-Roca, X. Fontané, F.A. Pulgarín-Agudelo, O. Vigil-Galán et al., J. Am. Chem. Soc. 134(19), 8018–8021 (2012)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat A. Garahan, L. Pilon, J. Yin, I. Saxena, J. Appl. Phys. 101(1), 014320 (2007)CrossRef A. Garahan, L. Pilon, J. Yin, I. Saxena, J. Appl. Phys. 101(1), 014320 (2007)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat K.A. Salman, Z. Hassan, K. Omar, Int. J. Electrochem. Sci. 7(1), 376–386 (2012) K.A. Salman, Z. Hassan, K. Omar, Int. J. Electrochem. Sci. 7(1), 376–386 (2012)
26.
Zurück zum Zitat S.J. Park, J.W. Cho, J.K. Lee, K. Shin, J.H. Kim, B.K. Min, Prog. Photovolt. Res. Appl. 22(1), 122–128 (2014)CrossRef S.J. Park, J.W. Cho, J.K. Lee, K. Shin, J.H. Kim, B.K. Min, Prog. Photovolt. Res. Appl. 22(1), 122–128 (2014)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Y.V. Vorobiev, P.P. Horley, J. Hernández-Borja, H.E. Esparza-Ponce, R. Ramírez-Bon, P. Vorobiev, Nanoscale Res. Lett. 7(1), 483 (2012 )CrossRef Y.V. Vorobiev, P.P. Horley, J. Hernández-Borja, H.E. Esparza-Ponce, R. Ramírez-Bon, P. Vorobiev, Nanoscale Res. Lett. 7(1), 483 (2012 )CrossRef
28.
Zurück zum Zitat R. Chen, J. Fan, H. Li, C. Liu, Y. Mai, R. Soc. Open Sci. 5(1), 171163 (2018) R. Chen, J. Fan, H. Li, C. Liu, Y. Mai, R. Soc. Open Sci. 5(1), 171163 (2018)
29.
Zurück zum Zitat H. Miyazaki, M. Aono, H. Kishimura, H. Katagiri, Physica Status Solidi C 12(6), 749–752 (2015)CrossRef H. Miyazaki, M. Aono, H. Kishimura, H. Katagiri, Physica Status Solidi C 12(6), 749–752 (2015)CrossRef
Metadaten
Titel
Etching process optimization of non-vacuum fabricated Cu2ZnSnS4 solar cell
verfasst von
Gema Refantero
Eka Cahya Prima
Andhy Setiawan
Camelia Panatarani
Deni Cahyadi
Brian Yuliarto
Publikationsdatum
23.01.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 4/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-02925-7

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