بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به منظور ساخت لایه انتقال دهنده الکترون با کارایی بهتردرسلول های خورشیدی، فیلم ZnO آلاییده شده با منیزیم به روش پوشش دهی چرخشی تولید و مورد مشخصه یابی قرار گرفت. ویژگی های ساختاری، الکتریکی و اپتیکی فیلم های تهیه شده با استفاده از پراش پرتو ایکس - XRD - ،میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ،طیف سنج نوری مورد بررسی قرار داده شد. طبق نتایج حاصله، بهینه سرعت لایه نشانی 3000 دور در دقیقه مشاهده شد. همچنین،نتایج نشان می دهد که نمونه با 2درصد آلاییدگی منیزیم، عبوردهی و گاف نواری بیشتری را دارا می باشد.
مقدمه
اکسید روی یکی از اعضای مهم خانواده نیم رسانای گروه II-VI با گاف انرژی 3.2 الکترون ولت [1] باساختار هگزاگونال یکی از غنیترین نانوساختارها است. [2] این ماده میتواند در ابزارهای نوری در ناحیه فرابنفش و آبی و همچنین در سنسور ها [3] به کار رود. اکسید روی در مقیاس نانو، یک نیمههادی با شفافیت زیاد و لومینسانس قوی در دمای اتاق است و به همین دلیل انتخاب ایدهآلی برای انواع حسگرها، دیودهای لیزری، نمایشگرها و سلول خورشیدی است وهمچنین دربرابر طیف مرِیی شفاف بوده ولی نور ماورا بنفش راجذب می کند[4] .اکسید روی جانشینی خوب برای اکسید قلع درسلول های خورشیدی به علت پایداری بالای ان محسوب می شود[5] در سلولهای خورشیدی پروسکایتی لایه انتقال دهنده الکترون از اهمیت بالایی برخورداراست.
ZnO ,TiO2 ازجمله موادی هستند که دراین لایه مورد استفاده قرار گرفته است. است. فیلم نازک ZnOبه دلیل دوام بالای مواد شیمیایی وهزینه کم و غیرسمی بودن [6]پرکاربرد است .اخیرا بهعنوان بهبود لایه انتقال دهنده ااکترون،ZnO آلاییده با Mg مورد استفاده قرار گرفته است. [7] که با بهینه سازی درصد آلاییدگی باعث افزایش قابل توجهی در جریان و ولتاژ سلول خورشیدی پروسکایتی شده و همچنین بازده سلول از13.86 درصد به 16.7درصدبهبود یافته است . [8]
مواد و روش ها
در این پژوهش از مواد اولیه استات روی دو آبه،منیزیم نیترات، -2متوکسی اتانول استفاده شد. ایتدا زیرلایههای شیشهای جهت لایه نشانی، با استون، اتانول و ایزوپروپانول تحت امواج فراصوتی شستشو داده شدند سپس محلول 0/1 مولار استات روی دو آبه و منیزیم نیترات بهطور جداگانه، در دمای 70 درجه سانتی گراد در -2متوکسی اتانول آماده شدند. بعد از گذشت 1 ساعت
از هم خوردن، محلولهای شفاف و همگنی حاصل شد.
در ادامه جهت فرآیند لایه نشانی، از دستگاه پوشش دهی چرخشی و دکتر بلید استفاده شد. جهت بهینه کردن سرعت دستگاه چرخش دهی پوششی و دستگاه دکتربلید، محلول 0/1 مولار استات روی بدون هیچ گونه آلاییدگی منیزیم بر روی زیرلایه های شیشهای در سرعتهای متفاوت لایه نشانی و در دمای 450 درجه سانتیگراد بازپخت شد.سپس لایه های نازک اکسید روی آلاییده با منیزیم، با درصدهای متفاوت تهیه شد.
نتایج و بحث
شکل 1 جهت شناسایی فازی از لایه نازک اکسید روی آنالیز طرح پراش پرتو ایکس در محدوده 20<2 <90 انجام شد. شکل:1 طرح پراش پرتو ایکس لایه نازک اکسید روی با توجه به شکل 1 تحلیل طرح پراش پرتو ایکس، ساختار بلوری شش گوشی ورتزایت این نمونه تاییدمی شود همچنین باتوجه به محاسبات انجام شده اندازه نانو ذرات اکسید روی 27 نانومتر تعیین شد. جهت بررسی ریخت شناسی سطحی لایه اکسید روی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - استفاده شد که نتایج آن در شکل 2 و3 آمده است. شکل:2 تصویر SEM لایه نازک اکسید روی همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود اندازه ذرات تشکیل دهنده فیلم در حدود 20 نانو متر بنظرمی رسد.
شکل:3 سطح مقطع لایه نازک اکسید روی در شکل 3 ضخامت لایه نازک اکسید روی اندازه گیری شده در حدود 70 نانومتر مشاهده می شود. شکل :4 طیف Uv-Vis لایه نازک دی اکسید تیتانیوم با سرعتهای متفاوت لایه نشانی از 20تا100میلی متر بر ثانیه شکل 4 طیف Uv-Vis لایه نازک اکسید روی خالص را درسرعت های 20 تا 100میلی متر بر ثانیه برای برای دستگاه دکتر بلید نشان می دهد. طبق این نمودار، سرعت 80 میلی متر بر ثانیه بیشترین مقدار عبوردهی را نسبت به سایر نمونه ها دارا میباشد.
شکل 5 طیف Uv-Vis لایه نازک دی اکسید تیتانیوم خالص را در دورهای 1000، 2000، 2500 و 3000 دور بر دقیقه برای دستگاه پوشش دهی چرخشی نشان می دهد. طبق این نمودار، سرعت 3000 دور بر دقیقه بیشترین مقدار عبوردهی را نسبت به سایر نمونه ها دارا میباشد. بنابراین ، سرعت لایه نشانی 3000 دور بر دقیقه بهترین سرعت برای این آزمایش انتخاب شد. شکل 6، طیف Uv-Vis لایه نازک اکسید روی آلاییده با منیزیم با در صدهای 0، 0/5، 1 ، 2 و4 را نشان می دهد. طبق این شکل، مشاهده شد که اکسید روی آلاییده شده با منیزیم به مقدار 2درصد، بیشترین مقدار عبور دهی را نسبت به سایر نمونهها دارا می باشد. همچنین گاف نواری این نمونه نسبت به سایر نمونهها بیشینه بود.
