بررسي عوامل فرآيندي بر ريزساختار و خواص فيزيكي تركيب CuInS2 لايه نشاني شده مورد استفاده در سلول هاي خورشيدي

كارشناسي ارشد

هدف از تحقيق حاضر بررسي عوامل فرآيندي به منظور سنتز يك كلوئيد پايدار براي استفاده در لايه-نشاني تركيب CuInS2 و همچنين بررسي عوامل مؤثر بر لايه نشاني لايه CuInS2 مورد استفاده در لايه جاذب براي سلول هاي خورشيدي لايه نازك كالكوپيريتي است. همچنين اثر شرايط مختلف سنتز بر ساختار بلوري و خواص نوري ذرات مورد بررسي قرار گرفته است. اثر عوامل فرآيندي بر ساختار بلوري و طيف جذب نوري به ترتيب توسط آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) و طيف سنجي ماوراءبنفش و مرئي (UV-VIS) بررسي شد. همچنين براي بررسي مكانيزم تشكيل كمپلكس تركيب هاي واسطه، از آناليز طيف سنج تبديل فوريه مادون قرمز (FT-IR) به منظور تشخيص پيوندهاي تشكيل شده بين مواد آلي و غيرآلي بهره گرفته شد. نتايج حاصله از آناليزها نشان دادند كه ذرات سنتز شده توسط روش ترموليز، با استفاده از نمك هاي كلريد مس، سولفات اينديوم و تيواوره در حلالي شامل دي اتيلن گليكول و اتيلن دي آمين به همراه پلي وينيل پيروليدون به عنوان عامل فعال سازسطحي، در دماي C°80 تشكيل كمپلكس داده و در دماي C°240 تجزيه شده و تشكيل ذرات را مي دهند و تركيب محلول جامد مورد نظر پس از مدت 1 ساعت به ساختار بلوري كالكوپيريت همراه با ساختار ورتزيت (چند نوعي) براي ذرات تك فاز CuInS2 با ميانگين اندازه ذره nm40 منجر مي شود. نانوذرات سنتز شده تحت شرايط ذكر شده، جذب در نواحي مادون قرمز نزديك و مرئي را در nm820 و nm730 از خود نشان دادند كه به ترتيب مربوط به فاز كالكوپيريت و ورتزيت است. همچنين شكاف انرژي معادل eV45/1 براي نانوذرات سنتز شده تحت شرايط ذكر شده به دست آمد كه تطابق مناسبي با مقدار تئوري داشته و مناسب براي ساخت لايه جاذب سلول خورشيدي است. كلوييد پايداري با نسبت 1 درصد وزني از اين ذرات در حلال اتانول تهيه و پس از اعمال فرآيند ارتعاش مافوق صوت براي لايه نشاني آماده شد. با حضور پيك هاي عواملي نظير پلي وينيل-پيروليدون، دي اتيلن گليكول، اتيلن دي آمين و تيواوره در سطح نانوذرات در آناليز FT-IR ، اين عوامل به عنوان عوامل فعال كننده سطحي در سطح ذرات افزايش پايداري كلوييد تهيه شده كمك كردند. اين كلوييد با استفاده از روش رسوب دهي الكتروستاتيك افشانه اي (الكترواسپري) با اعمال ولتاژهاي 24، 26 و kV28، نرخ جريان 1، 2 و μl/min3 و فواصل 60، 80 و mm100 نازل تا زيرپايه ، بر زيرپايه از جنس اكسيد قلع دوپ شده با فلوئور پوشش داده شد. پس از فرآيند رسوب دهي، عمليات حرارتي به منظور افزايش بلورينگي و چسبندگي بر لايه هاي رسوب داده شده در دماي C°500 انجام شده است. اين عمليات در حضور پودر سولفور براي ايجاد فشار بخار مثبت گوگرد و عدم خروج گوگرد از تركيب محلول جامد انجام شد. پس از بررسي ريزساختار توسط تصاوير ميكروسكوپ هاي نوري(OM) ، الكتروني روبشي(SEM) و الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) مشخص شد كه شرايط مناسب براي تشكيل لايه اي يكنواخت با ضخامت μm1، ولتاژ kV26، نرخ جريان μl/min2 و فاصله نازل تا زيرپايه mm80 است. لايه CuInS2 جذب نوري مناسبي را در محدوده طول موج مرئي با انرژي جذب در nm760 از خود نشان داد و همچنين شكاف انرژي معادل eV5/1 براي اين لايه حاصل شد. واژه‌هاي كليدي: ذرات CuInS2، ترموليز، چند نوعي (كالكوپيريت و ورتزيت)، الكترواسپري، كلوييد.

189514

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر ياسر وحيدشاد

سراميك

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر سميه اعلم الهدي