بررسی ساختاری و الکتریکی لایه نانو ساختار cigs در سلول‏های خورشیدی لایه‏ نازک

یکی از تجهیزاتی که در تامین انرژی پاک به بشر کمک می‏کند سلول‏های خورشیدی است. اما سلول‏های خورشیدی cigs به دلیل آنکه عنصر ایندیوم در آن بکار رفته ‏است، از انواع دیگر سلول‏های خورشیدی پایدارتر است و همچنین قابل حمل و نسبتاً ارزان‏‏تر می‏باشد. در این تحقیق نکات مربوط به لایه‏نشانی مولیبدن که برای اتصال پشتی در سلول‏ خورشیدی cigs بکار می‏رود، مورد توجه قرارگرفت و مشکلات اکسید شدن، ترک‏خوردگی و قطع شدن این لایه با بکار بردن تجهیزات خلاء مناسب برطرف شد. بطوریکه در فشار mbar 2-10 و دمای ℃ 500 لایه‏ی مولیبدن اکسید نشد و ظاهر آن هیچگونه تغییر قابل توجهی نکرد. همچنین با بررسی بیشتر، ضخامت بهینه‏ای برای لایه‏های عناصر مس، ایندیوم و گالیوم تعیین شد. تغییر ضخامت لایه‏های مس و ایندیوم در نوع رسانندگی در نیمرسانای cigs تغییر ایجاد می‏کند و تاثیر بسزایی در اندازه‏ی دانه‏های بلور cigs دارد. با بهینه‏کردن ضخامت لایه‏های مس و ایندیوم، بلور cigs به حداقل نقص بلوری رسید. بطوریکه نتایج آنالیز دستگاه پراش پرتو ایکس (xrd) نشان دادند، قله‏های مشخصه‏ی مربوط به cigs بسیار تیز و بلند بودند. خصوصاً قله‏ی مربوط به صفحه‏ی (112) بلور cigs به مقدار 2378 رسید، که مقدار قابل قبولی است. مشکل بزرگی که در طی ساخت لایه‏ی cigs وجود داشت، عدم نفوذ سلنیوم کافی در بلور بود. بطوریکه با افزایش ضخامت لایه‏ی سلنیوم نفوذ این عنصر در بلورcigs تغییر چشم‏گیری نداشت و باعث ظهور فازهای اضافی مثل cu2se در کنار بلورcigs می‏شد. بنابراین عمده‏ترین تحقیقات در فرایند ساخت روی مرحله‏ی لایه‏نشانی سلنیوم و بازپخت انجام شد و با اعمال تغییراتی در روش سلنایز منجر به نفوذ بیشتر سلنیوم در بلور cigs شد. این تغییرات شامل تغییر فاصله‏ی زیرلایه از بوته‏ سلنیوم به مقدار cm 3 و تغییر فشار بخارسلنیوم درون سیستم سلنایز به اندازه‏ی mbar 4 بود. همچنین شار عبوری گاز نیتروژن درون سیستم از sccm 20 به sccm 7 تغییر یافت تا بخار سلنیوم آرامتر از روی زیرلایه عبور کند و فرصت نشستن روی زیرلایه را داشته باشد. این تغییرات باعث شد که نسبت اتمی سلنیوم به کل فلزات دیگر، در بلور cigs از مقدار حدود 45/0 به مقدار مناسب 98/0 برسد. با انجام مرحله‏ی ‏سلنایز به روش‏های متفاوت، هر مرتبه علاوه بر اندازه‏گیری اندازه دانه‏ مقاومت سطحی نیز اندازه‏گیری می‏شد. مقاومت سطحی نمونه‏ای که نسبت اتمی سلنیوم به کل فلزات آن 98/0 بود اندازه‏گیری شد و معلوم گشت که برای این نمونه، مقاومت سطحی مقدار /□ω 71 را دارد.