ارائه کننده: سمانه شاپوری

استاد راهنما: دکتر رسول ملک فر

استاد مشاور: دکتر الناز ایرانی

استاد ناظر داخلی: دکتر الناز یزدانی، دکتر علی باکوئی

استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر وحید احمدی، دکتر عزالدین مهاجرانی

نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر الناز یزدانی

تاریخ: ۱۴۰۴/۱۰/۰۱ 

ساعت: ۰۸:۰۰ 

مکان: سالن همایش دانشکده علوم‌‌‌‌پایه

چکیده:

در میان انواع سلول‌های خورشیدی، سلول‌های لایه‌ نازک به‌دلیل مزایایی همچون هزینه کم، دوام بالا و وزن سبک جایگاه ویژه‌ای یافته‌اند. ترکیب مس–آنتیموان–سولفید CAS یا (CuSbS₂) نیز به دلیل خواص اپتیکی و الکتریکی مطلوب و قابلیت مهندسی‌پذیری، به‌عنوان گزینه‌ای امیدبخش برای استفاده به‌عنوان لایه جاذب و همچنین لایه انتقال‌دهنده حفره در سلول‌های لایه‌نازک مطرح است. در این پژوهش تمرکز اصلی بر تولید و بهبود لایه CAS با روش های مختلف بوده و در نهایت کاربرد آن در سلول خورشیدی لایه نازک بررسی شده است. در ابتدا به‌منظور ساخت لایه‌های CAS، روش اسپری افشانه‌ای با تغییر غلظت محلول، دمای زیرلایه، نرخ لایه نشانی و نوع بستر بررسی شد. با وجود تشکیل فاز CAS، حضور ناخالصی‌هایی مانند کلر و ایجاد ساختارهای نانومیله‌ای مانع استفاده این لایه‌ها در سلول خورشیدی شد. سپس روش کندوپاش(اسپاترینگ) با لایه‌نشانی Cu₂S و Sb و عملیات حرارتی آزمایش گردید، اما در همه نمونه‌ها با وجود تغییرات مختلف در پارامتر های رشد ازجمله نسبت های متفاوت ضخامت لایه ها و عملیاتحرارت دهی متفاوت، فازهای غنی از مس شکل گرفتند که برای عملکرد سلول خورشیدی نامطلوب بود. در گام بعد، با کندوپاش هدف سرامیکی CAS به روش اسپاترینگ و تنظیم توان ۳۰ وات، دمای زیرلایه مناسب و حرارت‌دهی تا°C ۳۶۰، لایه‌های یکنواخت، بدون فاز مزاحم و کاملاً استوکیومتری تولید شد که از دستاوردهای مهم این تحقیق است. همچنین با کندوپاش متوالی CAS و سولفید آنتیموان، ساختارهای CAS فقیر از مس نیز تولید گردید. بررسی‌های اپتیکی نشان داد گاف انرژی نمونه‌های استوکیومتری و فقیر از مس به‌ترتیب 53/1 و 5/1 الکترون ولت است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، اندازه دانه‌ها را در لایه استوکیومتری و فقیر از مس به ترتیب در حدود 150 و 200 نانومتر و هر دو ساختار را متخلخل نشان دادند. نتایج آزمون اثر هال نیز بیانگر نیمه‌رسانای نوع p بودن هر دو لایه، با چگالی حفره cm⁻³ 10¹⁹ و تحرک‌پذیری حفره cm²/V·s7/11 در نمونه استوکیومتری و چگالی حفره cm⁻³ 10¹⁸ و تحرک‌پذیری حفره در حدود cm²/V·s 1 در نمونه فقیر از مس بود. در کاربرد نهایی این تحقیق، لایه‌های بهینه CAS به‌عنوان لایه انتقال‌دهنده حفره در سلول خورشیدی سلناید آنتیموان (Sb₂Se₃) در دو ساختار رولایه و زیرلایه استفاده شدند. در ساختار رو‌لایه، افزودن CAS استوکیومتری به سلول خورشیدی رو لایه مرجع Sb₂Se₃، موجب افزایش ولتاژ مدار باز (Voc) حدود mV 10، بهبود چگالی جریان اتصال کوتاه(Jsc) 2، افزایش ضریب پرشدگی %3 شد. این سلول در عرض چهار ماه پایداری خوبی از خود نشان داد و در این مدت فقط mV2 افت ولتاژ مدار باز و 4/0 افت چگالی جریان اتصال کوتاه داشت. در ساختار زیرلایه سلول خورشیدی سلناید آنتیموان، لایه CAS فقیر از مس علاوه بر بهبود انتقال حفره، به‌عنوان لایه بذر موثر باعث رشد عمودی‌تر ربان‌های Sb₂Se₃ گردید. این لایه منجر به افزایش 5 میلی ولت ولتاژ مدار باز و افزایش Jsc بیش از 10 شد. این پژوهش توسط نرم افزار Tcad Sentaurus شبیه سازی شد که اطلاعات مفیدی از آن استخراج گشت. این تحقیق جزو معدود گزارشات مبتنی بر تولید لایه CAS استوکیومتری است و برای اولین بار در این مطالعه استفاده از این لایه به عنوان لایه انتقال دهنده حفره و لایه بذر در سلول Sb₂Se₃ بررسی شده است.