Investigation of The Effect of High Pressure Sputter Method on Optical Properties of Density Modulated ITO Thin Films

Abstract

Having a high quality transparent conductive electrode is one of the critical parameters for high efficient Si-based photovoltaic device. Indium tin oxide (ITO), used for this purpose, also behaves as an anti-reflective coating. In this study, it was shown that the density modulated ITO thin films obtained by the combination of the low pressure sputter (LPS) and high pressure sputter (HIPS) layers behave anti-reflective coating as improve the transmission. The density modulated thin film whose upper layer was grown by HIPS has shown a more porous morphology and lower transmission for all thickness values. Besides, it was also observed that the omnidirectional reflection is lower. Additionally, the more homogenous property of the synthesized silicon nanostructures on HIPS-ITO is another beneficial finding. Thus, HIPS has claimed that it is a simple yet effective way of producing more efficient ITO layer

Keywords

• Indium Tin Oxide (ITO),Density Modulated Thin Film,Optical Properties,High Pressure Sputter (HIPS),Silicon Nanostructure

Yüksek Basınç Saçtırma Yönteminin Yoğunluk Modülasyonlu İTO İnce Filmlerin Optik Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Verimli bir Si-tabanlı güneş hücresi için yüksek geçirgenliğe sahip saydam iletken elektrot kullanmak önemli bir ayrıntıdır. Bu amaçla kullanılan indiyum kalay oksit (İTO) aynı zamanda yansıma önleyici kaplama görevini de yerine getirir. Bu çalışmada, alçak basınç püskürtme (ABP) ve yüksek basınç püskürtme (YBP) yöntemleri ile üretilen farklı malzeme yoğunluklarına sahip iki katmanın bir araya getirilmesi ile oluşturulan yoğunluk modülasyonlu İTO ince filmlerin yansıma önleyici olarak davrandığı ve geçirgenliği düşürdüğü gösterilmiştir. YBP ile elde edilen İTO ince filmin üst tabaka olarak kullanıldığı durumda morfolojisinin daha pürüzlü hale geldiği ve her kalınlık değeri için geçirgenliğin daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Buna bağlı olarak, bu numunelerde çok yönlü yansımanın daha düşük olduğu gösterilmiştir. YBP-İTO katmanın üzerine sentezlenen nanoyapıların oldukça homojen olması ayrıca bir avantajdır. Sonuç olarak, YBP yöntemi daha kullanışlı bir İTO katmanı üretimi için basit ama etkili bir yöntem olduğunu ispatlamıştır.

Keywords

• İndiyum Kalay Oksit (İTO),Yoğunluk Modülasyonlu İnce Film,Optik Özellik,Yüksek Basınç Püskürtme (YBP),Silisyum Nanoyapı

References

1. [1] Yoshikawa K, Kawasaki H, Yoshida W, Irie T, Konishi K, Nakano K, Uto T, Adachi D, Kanematsu M, Uzu H, Yamamoto K (2017). Silicon Heterojunction Solar Cell with Interdigitated Back Contacts for a Photoconversion Efficiency over 26%. Nature Energy 2: 17032.
2. [2] Masuko K, Shigematsu M, Hashiguchi T, Fujishima D, Kai M, Yoshimura N, Yamaguchi T, Ichihashi Y, Mishima T, Matsubara N, Yamanishi T, Takahama T, Taguchi M, Maruyama E, Okamoto S (2014). Achievement of More Than 25% Conversion Efficiency with Crystalline Silicon Heterojunction Solar Cell. IEEE Journal of Photovoltaics 4: 1433, 2014.
3. [3] Gordon, RG (2000). Criteria for Choosing Transparent Conductors. Mrs Bulletin 52-57.
4. [4] Kim N, Um H-D, Choi I, Kim K-H, Seo K (2016). 18.4%-Efficient Heterojunction Si Solar Cells Using Optimized ITO/Top Electrode. ACS Appl. Mater. Interfaces 8: 11412-11417.
5. [5] Lien S-Y (2010). Characterization and Optimization of ITO Thin Films for Application in Heterojunction Silicon Solar Cells. Thin Solid Films 518: S10-S13.
6. [6] Schirone L, Sotgiu G, Califano FP (1997). Chemically Etched Porous Silicon as an Anti-Reflection Coating for High Efficiency Solar Cells. Thin Solid Films 297: 296-298.
7. [7] Zhong S, Liu B, Xia Y, Liu J, Liu J, Shen Z, Xu Z, Li C (2013). Influence of the Texturing Structure on the Properties of Black Silicon Solar Cell. Solar Energy Materials 108: 200-204.
8. [8] Tsakalakos L, Balch J, Fronheiser J, Korevaar BA, Sulima O, Rand J (2007). Silicon Nanowire Solar Cells. Appl. Phys. Lett 91: 233117.

9. [9] Keles F, Badradeen E, Karabacak T (2017). Self-Anti-Reflective Density-Modulated Thin Films by HIPS Technique. Nanotechnology 28: 335703.
10. [10] Keles F, Cansizoglu H, Badraddin EO, Brozak MT, Watanabe F, Karabacak T (2016). HIPS-GLAD Core Shell Nanorod Array Photodetectors with Enhanced Photocurrent and Reduced Dark Current. Mater. Res. Express 3: 105028.
11. [11] Hussain, SO, Oh W-K, Ahn S, Tuan Le, AH, Kim S, Lee Y, Yi J (2014). RF Magnetron Sputtered Indium Tin Oxide Films with High Transmittance and Work Function for a-Si:H/c-Si Heterojunction Solar Cells. Vacuum 101: 18-24.
12. [12] Gheidari AM, Soleimani EA, Mansorhoseini M, Mohajerzadeh S, Madani N, Shams-Kolahi W (2005). Structural Properties of Indium Tin Oxide Thin Films Prepared for Application in Solar Cells. Materials Research Bulletin 40: 1303-1307.
13. [13] Zhao L, Zhou Z, Peng H, Cui R (2005). Indium Tin Oxide Thin Films by Bias Magnetron rf Sputtering for Heterojunction Solar Cells Application. Applied Surface Science 252: 385-392.
14. [14] Ferry VE, Sweatlock LA, Pacifici D, Atwater H (2008). Plasmonic Nanostructure Design for Efficient Light Coupling into Solar Cells. Nano Lett 8: 4391-4397.
15. [15] Conibeer G, Green M, Corkish R, Cho Y, Cho E-C, Jiang C-W, Fangsuwannarak T, Pink E, Huang H, Puzzer T, Trupke T, Richards B, Shalav A, Lin K-L (2006). Silicon Nanostructures for Third Generation Photovoltaic Solar Cells. Thin Solid Films 511-512: 654-662.
16. [16] Li X ve Bohn WP (2000). Metal-assisted chemical etching in HFÕH2O2 produces porous silicon. Appl. Phys. Lett 77: 2572.
17. [17] Zhang ML, Peng K-Q, Fan X, Jie J-S, Zhang R-Q, Lee S-T, Wong N-B (2008). Preparation of Large-Area Uniform Silicon Nanowires Arrays through Metal-Assisted Chemical Etching. J. Phys. Chem. C 112: 4444-4450.