بخشی از مقاله
چکیده
از زیرلایهی سیلیکون در ابعاد 1cm 1cm استفاده شد. نانوسیمهای اکسیدروی طی روش تبخیر گرمایی درون یک کوره افقی، بدون استفاده از کاتالیست بر روی زیرلایهی از جنس سیلیکون رشد داده شد. زیرلایهی سیلیکون به همراه گرانول اکسیدروی به مدت 30 دقیقه در دماهای 860 C، 900 C و 950 C در اتمسفر اکسیژن در کوره افقی پخت گردید. مورفولوژی سطح نانوساختارها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل XL30 ساخت شرکت Philips تعیین شد. طیف گذار نمونههای اکسیدروی با استفاده از طیف فتولومینسانس در بازه طول موجی 330 تا 580 نانومتر بدست آمد.
مقدمه
اکسیدروی ترکیبی است مشهور و معروف که به صورت وسیعی در ترکیبات روی به عنوان رنگدانه سفید در رنگها استفاده می-شود. اکسیدروی گاف نواری پهن و مستقیم دارد از اینرو برای استفاده در اپتوالکتریک شایسته و مناسب است.[1] نیمهرساناهای گروه ,,-9, به علت خواص ویژه و کاربردهای فراوانشان توجه زیادی را معطوف خود کردهاند. اکسید روی و ترکیبات نیمرساناهای,,,-9 دارای شکاف نواری - گاف انرژی - 3/35 الکترون ولت برای کاربردهای مختلفی نظیر حافظههای ابزارهای مغناطیسی و اپتیکی، دیودهای نور گسیل، سلولهای خورشیدی، مبدل و حسگرهای شیمیایی کاربرد دارد .[2] لایههای نازک اکسیدروی آلائیده یا ناآلائیده، به خاطر شفافیت، به عنوان پوشش شفاف و ضد بازتاب در تولید سلولهای خورشیدی هم استفاده میشود .[3]
اکسیدروی همینطور به صورت کاتالیزور کاربرد دارد و نیز به صورت دیودهای نور گسیل ولیزری به کار میرود و از ویژگیهای مهم و شاخص آن مشخصه جریان- ولتاژ غیر خطی آن است که آن را برای تولید ترانزیستور مناسب مینماید و همچنین برای حسگرهای گازی نیز کاربرد دارد .[6-4] نانوسیمها به دلیل نسبت بالای سطح به حجم و رسانایی بالا در امتداد طول نانوسیم، برای سلولهای خورشیدی آلی- غیر آلی بسیار مورد توجهاند. در سلولهای خورشیدی دوگانه نانو بلور- غیرآلی، نور تابیده باعث تشکیل جفت الکترون- حفره - اکسایتون - در بلور غیر آلی و محیط آلی میشود. این اکسایتون ها در فصل مشترک بلور غیرآلی- آلی پخش میشوند و به شکل الکترون و حفره از هم جدا میشوند.
به خاطر اینکه ترکیبات آلی پلیمری تحرک پذیری الکترونی ضعیفی دارند، فاز غیرآلی به گونهای انتخاب میشود که الکترون دوستی1 آن از فاز آلی بیشتر باشد. بنابرین فاز غیرآلی حاوی حفرهها و نیمهرسانا حاوی الکترونها است. الکترونها و حفرههای جدا شده در امتداد مواد آلی و غیرآلی به سمت الکترودهای خارجی سوق پیدا میکنند .[7] موادی که امروزه برای سلولهای خورشیدی فتوولتائیک استفاده میشوند عبارتند از : تک بلور سیلیکون ، بس بلورسیلیکون ، سیلیکون آمورف، کادمیم تلوراید و مساینیدیم - سلناید. اغلب سلولهای خورشیدی موجود در حال حاضر از مواد توده ساخته میشوند که به شکل ویفری با ضخامت بین 240-180 میکرومتر برش داده میشوند.
سایر سلولهای خورشیدی همچون لایههای نازک، رنگهای آلی و پلیمرهای آلی روی یک زیرلایه نگهدارنده لایهنشانی میشوند. گروه سومی هم وجود دارد که از نانوبلور ساخته شده و از نقاط کوانتمی - نانوذراتی که محدودیت کوانتمی دارند - بهره میبرند. در این میان تنها مادهای در تمامی حالات وتوده و نانوساختار بررسی شده سیلیکون است .[8] سیلیکون بلوری مرسومترین ماده توده برای سلولخورشیدی است که به سیلیکون نوع خورشیدی هم شهرت دارد.[9]
کدام به مدت 10 دقیقه و سپس با استون به مدت 20 دقیقه شستشو داده شد. این زیرلایه تحت حرارت ملایم در کوره خشک شد. نانوسیمهای اکسیدروی طی روش تبخیر گرمایی درون یک کوره افقی، بدون استفاده از کاتالیست بر روی زیرلایهی از جنس سیلیکون رشد داده شد. همچنین نانوساختار اکسیدروی به صورت پودر ZnO رشد یافتهاند. برای رشد از گرانول خالص 99 /99% - Zn، - Merck به عنوان ماده اولیه، گاز خالص آرگون به عنوان گاز حامل و اکسیژن به عنوان گاز واکنشدهنده، استفاده گردید.
ماده اولیه به همراه زیرلایهها درون یک بوته سرامیکی گذاشته شده و به گونهای درون لوله کوارتز کوره قرار داده شد که ماده اولیه دقیقاً در مرکز کوره که بیشترین دما را داراست، قرارگرفت. باید توجه داشت که یکی از نکات مهم در این آزمایش ایجاد خلاء مناسب میباشد. به منظور بررسی اثر دمای اکسیداسیون در رشد نانوسیمهای اکسیدروی بر روی زیرلایهی سیلیکون و پودر اکسیدروی رشد یافته در بوته، زیرلایهی سیلیکون به همراه گرانول اکسیدروی به مدت 30 دقیقه در دماهای 860 C، 900 C و 950 C در اتمسفر اکسیژن در کوره افقی پخت گردید.
مورفولوژی سطح نانوساختارها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل XL30 ساخت شرکت Philips تعیین شد. خواص اپتیکی نمونهها با استفاده از طیف فتولومینسانس در دمای اتاق توسط دستگاه فتولومینسانس - PL - مدلLS55 با یک لامپ زنون به عنوان منبع تحریک ساخت شرکت Perkinelmer مطالعه شد. طیف گذار نمونههای اکسیدروی با استفاده از طیف سنج مدل UV-206 ساخت شرکت Rayleigh در بازه طول موجی 300 تا 800 نانومتر بدست آمد.
نتایج و بحث
تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گرفته شده از نانوساختارهای اکسیدروی رشد یافته بر روی سیلیکون در دمای 860 C در شکل1 مشاهده میشود. در این مرحله همانطور که در تصاویر SEM دیده میشود نمونه شروع به جوانه زنی برای رشد بر روی زیرلایه مینماید و قطر متوسط نانوسیمهای اکسیدروی 240 نانومتر بود.
دمای 860 C
در آزمایش دوم دما را به 900 C افزایش دادیم و نمونه 30 دقیقه در این دما باقیماند - شکل. - 2 شکل:2 نانوساختارهای اکسیدروی رشد یافته بر روی سیلیکون در دمای .900 C در آزمایش سوم دمای کوره در 950 C تنظیم شد - شکل. - 3 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گرفته شده از نانوساختارهای اکسیدروی رشد یافته بر روی سیلیکون در دمای 950 C در شکلهای 1تا3 مشاهده میشود.
دمای .950 C
همانگونه که از تصاویر SEM مشخص است، در دمای - 860 C - آغاز جوانهزنی نانوسیمهای سوزنی اکسیدروی می شود. با افزایش دمای اکسیداسیون به 900 C و 950 C مشاهده گردید که طول نانوسیمهای اکسیدروی افزایش یافته است، اما قطر نانوسیمهای اکسیدروی کاهش یافته است. در دمای 950 C نانوساختارها به صورت نوار دیده میشوند.
