بخشی از مقاله
چکیده
سلولهای خورشیدی ساخته شده بر پایه لایه جاذب CIGS جزء سلولهای با هزینه ساخت متوسط و بازدهی بالا میباشند. از آنجا که هر سلول خورشیدی در شرایط تاریک رفتار دیودی دارد، بنابراین برای یک سلول خورشیدی نسبت یکسوسازی یکی از پارامترهای مهم میباشد. بدیهی است که هر چه نسبت یکسوسازی بیشتر باشد، ساخت سلول خورشیدی با بازدهی بالا امکان پذیرتر است. در این تحقیق تاثیر ضخامت لایههای مختلف جهت بالا بردن نسبت یکسوسازی بررسی شده است. نمونههای ساخته شده با استفاده از نمودار ولتاژ-جریان، آنالیزهای FESEM و XRD مورد بررسی قرار گرفتند. در حالت بهینه یعنی ضخامتهای 420، 420، 130 و 1000 نانومتر به ترتیب برای لایههای مس، ایندیوم، گالیوم و سلنیوم افزایش نسبت یکسوسازی بالغ بر 930 درصد مشاهده شده است.
مقدمه
سلولهای ساخته شده بر پایه لایه جاذب CIGS1 جزء گروه سلولهای لایه نازک میباشند که مواد اولیه کم، بازدهی بالا و طول عمر زیاد باعث شده است که امروزه این نوع از سلولها مورد توجه پژوهشگران قرار گیرند. بالاترین بازده آزمایشگاهی گزارش شده توسط محققان در سلولهای خورشیدی مبتنی بر لایه جاذب CIGS به مقدار 21/7 درصد میباشد . از آنجا که سلول خورشیدی، تحت شرایط تاریکی، مانند یک دیود عمل میکند و تمام محاسبات مربوط به بازده سلول براساس روابط دیودی نوشته میشود، بنابراین یکی از روشهای اطمینان از مراحل ساخت قبل از اتمام سلول، بررسی رفتار دیودی آن پس از لایهنشانی لایه جذبی میباشد.
در این مقاله بهینه ضخامت عناصر سازنده لایه جاذب برای ساخت لایه CIGS سلول خورشیدی با استفاده از تست دیود شاتکی بدست آورده شده است. مبانی نظری فرض اساسی در این مدل این است که حامل، انرژی گرمایی کافی برای غلبه بر سد پتانسیل را به دست میآورد. هنگامی که حاملهای بار از فلز به نیمرسانا تزریق میشوند، با سد انرژی به اندازه مواجه میشوند که این مقدار در تزریق الکترون برابر با اختلاف انرژی بین تراز فرمی فلز و تراز رسانش نیمرسانا، و برای تزریق حفره برابر با اختلاف انرژی بین تراز فرمی فلز و تراز ظرفیت نیمرسانا میباشد.
الکترون آزاد برابر باشد - ، T دما بر حسب کلوین، ØB ارتفاع سد شاتکی و n عامل
در این مقاله منحنی چگالی جریان-ولتاژ - J-V - هر یک از نمونهها به وسیله دستگاه اندازهگیری جریان-ولتاژ رسم شد. با توجه به مساحت الکترود رویی هر یک از نمونهها منحنی J-V و از روی این منحنی، منحنیهای رسم شد. با استفاده از منحنیهای پارامترهای ارتفاع سد پتانسیل، عامل ایدهآل، چگالی جریان اشباع معکوس و نسبت یکسوسازی محاسبه گردید، که نسبت یکسوسازی به صورت بهترین نسبت جریان در یک ولتاژ در بایاس مستقیم به جریان در همان ولتاژ در بایاس معکوس تعریف میشود. هر چه این نسبت بیشتر باشد، نسبت یکسوکنندگی بیشتر و به دیود واقعی نزدیکتر است.
با توجه به شیب منحنی Ln J-V1/2 ارتفاع سد پتانسیل بر حسب eV محاسبه میشود، همچنین با توجه به شیب منحنی Ln J-V و با توجه به روابط و ، عامل ایدهآل و با استفاده از عرض از مبدأ این منحنی چگالی جریان اشباع معکوس محاسبه میگردد. میکرومتر به روش کندوپاش RF لایهنشانی شد. به منظور چسبندگی و یکنواختی بهتر مولیبدن به زیرلایه، ابتدا زیرلایهها تا دمای 200 درجه سانتیگراد گرم شدند. فرآیند لایهنشانی در توان 120 وات در فشار محفظه 2 میلیبار صورت گرفت.
ضخامتسنجی و آهنگ لایهنشانی با استفاده از ضخامتسنج نوسانی پایه کوارتز انجام شده است. بعد از آمادهسازی لایه مولیبدن، لایه جاذب CIGS با استفاده از روش شبههمتبخیری دومرحلهای در دستگاه لایهنشانی حرارتی نشانده شدند. دمای زیرلایه در ضمن فرآیند لایهنشانی در محدوده دمایی 350c؛300 تنظیم شد.
نتایج و بحث
در این مقاله سه نمونه لایه جذبی با ضخامتهای عنصری مختلف ساخته شده است و با توجه به تست دیود شاتکی، طیف XRD و عکسهای SEM بهینه ضخامت لایههای مختلف بدست آمده است. ضخامت عناصر لایهنشانی شده در نمونه A شامل مقادیر 130، 380 ،450 و 1000 نانومتر به ترتیب برای Ga، In، Cu و Se در نظر گرفته شد. شکل -1 الف تصویر سطح مقطع مربوط به میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه A را نشان میدهد.
