تأثير عوامل فرآيندي و افزودني بر ريزساختار و خواص نوري نانو ذرات كالكوپيريتي CuInS2 (CIS) سنتز شده به روش هيدروترمال

كارشناسي ارشد

هدف از اين تحقيق، بررسي ساختار، ريزساختار و خواص نوري نانوذراتي با تركيبهاي سه‌تايي و چهارتايي (Cu, x)(In, y)S2 (x = Ag , y=Al, Co, Fe) سنتز شده با روش هيدروترمال هست. از افزودني آلومينيوم باهدف بهبود در رفتار مورفولوژي، از افزودني نقره در جهت بهبود خواص نوري بهره گرفته شد. از مزيت‌هاي اين روش نسبت به ساير روش‌ها مي‌توان به ذخيره بيشتر انرژي، ساده بودن، قيمت ارزان‌تر ، آلودگي كمتر محصول نهايي به علت انجام شدن واكنش‌ها در محيطي بسته، سرعت بالاي واكنش به علت فشار اعمالي بالا و دماي عملياتي كمتر در حضور حلال مناسب اشاره كرد. اثرپارامترهاي مختلف براي روش سنتز هيدروترمال، شامل نوع و مقدار حلالها، نوع و مقدار كمپلكس سازها، دماي حل شدن و تشكيل كمپلكس، دما و زمان سنتز است. اثر پارامترهاي دما و زمان و مقادير مختلف افزودني بر ساختار بلوري، شكل، ابعاد و توزيع اندازه ذرات سنتز شده CuInS2 به‌عنوان تركيب پايه در اين تحقيق موردبررسي قرارگرفته است. اثر عوامل فرآيندي بر ساختار بلوري و طيف جذب نوري به ترتيب به‌وسيله‌ي آناليزهاي پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري-روبشي (FE-SEM) و آزمون اندازه‌گيري ميزان بازتاب پخشي (DRS) موردبررسي قرارگرفته شده است. نتايج حاصله از آناليزها نشان دادند كه ذرات سنتز شده توسط روش هيدروترمال، با استفاده از نمك‌هاي كلريد مس، كلريد اينديوم، كلريد آلومينيوم، نيترات نقره، كلريد كبالت و تيواوره در حلال آب ديونيزه، در دماي℃ 180 تشكيل ذرات را مي‌دهند و تركيب محلول جامد موردنظر پس از مدت 20 ساعت به ساختار بلوري كالكوپيريت همراه با ساختار ورتزيت (چند نوعي) براي ذرات تك فاز CuInS2 با محدوده اندازه ذرات nm 20 - nm 35 منجر مي‌شود. به كمك اطلاعات پراش صفحات(112)، (220) و (312) كه در زواياي بالاتر به علت دقت بيشتر رابطه براگ انتخاب‌شده‌اند مقدار پارامتر شبكه a برابر با Å۵/۵۲ و c برابر با Å۱۱/۱۱ به دست آمد. به دليل استفاده از محيط غني از گوگرد و نسبت برابر مس و اينديوم در سنتز نمونه‌ها، تركيب به‌دست‌آمده به‌احتمال خيلي زياد نيمه‌رساناي نوع p است. نتايج (پراش اشعه ايكس) نشان ميدهد كه فازهاي جانبي سولفيد مس (Cu2-xS) در اكثر تركيبهاي سنتز شده، يا سنتز نشده يا كمترين مقدار تشكيلشده را دارا است، كه اين كاهش فازهاي جانبي به منزلهي شركت بيشتر اينديوم در ساختار است. نانوذرات سنتز شده تحت شرايط ذكرشده، جذب در نواحي مرئي را در nm 800 - nm 670 كه مي‌تواند مربوط به فاز كالكوپيريت و ورتزيت است. همچنين شكاف انرژي معادل eV۱/۵۴ براي نانوذرات سنتز شده تحت شرايط ذكرشده به دست آمد كه تطابق مناسبي با مقدار تئوري داشته و مناسب براي ساخت لايه جاذب سلول خورشيدي است. همچنين اثر عوامل فرآيندي بر ساختار بلوري و طيف جذب نوري، براي نمونه‌هاي افزودني دار نيز بررسي شد و مقدار جذب و تغييرات شكاف انرژي براي اين نمونه‌ها اندازه‌گيري شد.

191959

دانشگاه علم و صنعت ايران

سراميك

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر علي بيت الهي