منصة الرسائل والاطاريح: كفاءة الخلية الشمسية Sb2O3/السليكون المحفور المشوبة بجسيمات CuO النانوية

الخلاصة

تكنولوجيا الخلايا الشمسية السيليكونية التي تهيمن حاليًا على السوق تمتلك تكلفة عالية. من أجل استغلال الطاقة الشمسية بشكل فعال، يجب تكثيف البحث في المواد الجديدة (الأغشية الرقيقة) لإنتاج خلايا شمسية رخيصة وأكثر كفاءة. في هذا العمل، تم تحضير أغشية نانوية Sb2O3 نقية ومشوبة بأُكسيد النحاس بنسب وزنية مختلفة wt.(0.06، 0.04، 0.02) وبسُمك مختلف (40، 30، 20) نانومتر مرسبة على الزجاج (المورفولوجية، التركيبية، البصرية، والخصائص الكهربائية) وارضيات p-Si المحفورة بالليزر (خصائص كفاءة الخلايا الشمسية) في بيئة مفرغة (1 × 〖10〗^(-6)) ملي بار من خلال غرفة التبخير الحراري بمعدل ترسيب 0.3 نانومتر.ثانية-1. الأغشية المحضرة خضعت للمعالجة الحرارية (التلدين) عند درجة حرارة 473 كلفن لمدة ساعتين. نتيجة حيود الأشعة السينية أظهرت أن الأغشية النانوية Sb2O3 النقية لا تمتلك قمم مميزة، بينما تركيب الطور للاغشية النانوية wt.%CuO (0.06، 0.04، 0.02) Sb2O3: عند سُمك 40 نانومتر تظهر وجود قمة صغيرة واحدة عند (31.932°، 31.894°، و31.945°)2θ= على التوالي، وهو ما يتوافق مع معاملات ميلر (040). تحليل AFM للأغشية النانوية Sb2O3 النقية والمشوبة بالنحاس يُظهر شكلًا موحدًا للسطح الحبيبي وتوزيعًا متجانسًا بالإضافة إلى تشتت جسيمات CuO داخل مصفوفة Sb2O3. تحليل SEM للأغشية النانوية يُظهر سطحًا أملسًا خاليًا من الجزر والفراغات ويتكون من جسيمات نانوية صغيرة بحجم حبm كروية (NPs). حجم جسيمات الأغشية النانوية يزداد بزيادة السُمك ونسب التشويب. الخصائص البصرية (الامتصاصية، معامل الامتصاص، والثوابت البصرية) تزداد مع زيادة سُمك ونسب التشويب للأغشية النانوية. هذه السمات للأغشية النانوية يمكن توظيفها في الخلايا الشمسية حيث فجوة الطاقة للانتقال المباشر تقل بسبب اتساع المستويات الفرعية (طاقة أورباخ)، والتي تتفق مع قيمة متوسط فجوة الطاقة من طاقة المذبذب البسيط (Wemple and DiDomenico). التغيرات في تركيب المادة (التشويب والسمك) تؤدي إلى تغير دوال فقدان الطاقة السطحية والحجمية. نظرا للسمك القليل جدًا للغشاء النانوي، وجد أن الطاقة السطحية أكبر من الطاقة الحجمية. معامل هول ينخفض وتركيز المادة الحاملة في العينات يزداد مع زيادة السُمك ونسبة التشويب للأغشية النانوية. أداء الخلية الشمسية وكفاءتها تم تقييمها باستخدام منحنيات خصائص I-V تحت الظلام والإضاءة لـ Sb2O3/etched p-Si and Sb2O3:CuO/etched p-Si. وقد لوحظ أن الكفاءة تزداد مع زيادة سُمك الأغشية النانوية Sb2O3 وتزداد مع إضافة نسبة وزنية من CuO إلى Sb2O3. أعلى كفاءة كانت 5.965% مع (Voc of 11 V, Isc of 3 mA/cm2, F.F of 0.180) للأغشية النانوية Sb2O3 النقية بسُمك 40 نانومتر، كذلك أعلى كفاءة كانت 7.625% مع (Voc of 12 V, Isc of 3.2 mA/cm2, F.F of 0.198) لـ Sb2O3:0.06wt.%CuO عند نفس السُمك. تحسين كفاءة هذا العمل يمكن أن يعزى إلى الخصائص المعدلة للأغشية النانويةSb2O3 بسبب تحقيق التجانس بواسطة التحكم في عملية الترسيب، السُمك القليل، ومساحة السطح العالية الناتجة عن صغر حجم الجسيمات وعملية الحفر بالليزر.