بررسی ویژگی‌های نوری، ساختاری و الکتریکی لایه‌نازکCuInSe2 به روش اسپری گرماکافت با بهینه‌سازی میزان سدیم در ساختار

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک- اپتیک ولیزر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 پژوهشکده موادوانرژی، تهران، ایران

3 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

لایه جاذب، قلب یک سلول خورشیدی است که در عملکرد آن نقش مهمی ایفا می‌کند. در سال‌های اخیر Cu(In,Ga)Se2 به‌عنوان لایه جاذب در سلول های خورشیدی کلکوژنی بسیار موردتوجه بوده است. در این پژوهش از روش لایه‌نشانی ارزان، سریع و با قابلیت تجاری اسپری گرماکافت به‌منظور ساخت لایه‌های CISeاستفاده‌شده است. سپس تأثیر زمان غوطه‌وری نمونه‌ها در محلول حاوی سدیم بر ویژگی‌های الکتریکی، نوری، ساختاری و ریخ‌شاسی لایه‌های اسپری شده بررسی و مقدار بهینه سدیم در ساختار معرفی شده است. آنالیزهای انجام‌شده برای بررسی ویژگی‌های مذکور، شامل الگوی پراش پرتوایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (FESEM) با قابلیت آنالیز عنصری (EDS)، طیف‌سنجی عبوری (UV-Vis)، آنالیز الکتروشیمیایی موت‌شاتکی و اندازه‌گیری منحنی جریان– ولتاژ در تاریکی بوده است. نتیجه‌ها نشان می‌دهد که تغییر زمان غوطه‌وری در محلول و در نتیجه مقدارسدیم در ساختار، بر بلورینگی و ویژگی‌های ریخت‌شناسی لایه‌ها اثرگذار است. لایه‌های به‌دست آمده از زمان غوطه‌وری 15 دقیقه در مقایسه با زمان‌های 5 و 10 دقیقه ریزدانه‌تر بوده و در تصویرهای سطح مقطع عرضی نیز متخلخل هستند. درحالی‌که بهترین بلورینگی و بیش‌ترین تحرک‌پذیری حفره (cm2/V.s1-10 ~) برای نمونه با زمان غوطه‌وری 10 دقیقه به‌دست آمده است. با وجود آن‌که، همه لایه‌ها دارای رسانایی نوع p هستند، چگالی حامل‌های پذیرنده با نفوذ سدیم در ساختار از ­1019~تا
­cm-3­1017 ~ تغییر کرده است. اگرچه، سطح‌های انرژی ساختار نواری با تغییر زمان غوطه‌وری تغییر قابل‌مشاهده‌ای نمی‌کند. البته با تغییر زمان غوطه‌وری گاف انرژی مستقیم از 38/1 تا eV 41/1 تغییر کرده است. به طوری‌که پهن‌شدگی گاف انرژی با مقدار
­ eV 41/1 برای مقدار بهینه سدیم با زمان غوطه‌وری 10 دقیقه قابل‌مشاهده است. به‌طورکلی با توجه به نتیجه‌های به‌دست آمده از این پژوهش می‌توان با بهره‌گیری از مقدارهای بهینه شده سدیم در ساختار سلول خورشیدی از لایه CISe:Na در ساختارهای متفاوت اپتو الکترونیکی بهره برد.

کلیدواژه‌ها