مقدمه

CuInGaSe2 (یا به اختصار (CIGS ترکیبی است کهاخیـراً بطـور گسترده در سلولهاي خورشیدي با بازده بالا و قیمت پـائین مـورد توجه قرار گرفتـه اسـت. امـروزه پیشـرفتهـاي زیـادي در نحـوه ساخت و تولید سـلولهـاي خورشـیدي صـورت گرفتـه اسـت و پژوهشگران موفق به ساخت سـلولهـایی بـا بـازدهی بـیش از ۲۰

درصد در مقیاس آزمایشگاهی [۱] و بیش از ۱۳ درصد در مقیـاس صنعتی شدهاند .[۲] این ترکیب در ساخت سلول خورشـیدي لایـه نازك استفاده می شود و به عنوان قطب P سلول عمل کرده و نقـش اصلی را در جذب نـور خورشـید دارد. قطـب n سـلول را لایـهي کادمیم سولفید به همراهتشکیلاکسید روي می دهد.

۹

با توجه به ضرورت تعریف الکترود جلوییاز و پشتی، در این نوع سلولها، ZnO:Al به عنـوان الکتـرود جلـویی و از مولیبـدن بـه عنوان الکترود پشتی۱ یا آند استفاده می شود. یکی از مواردي که بـه منظور بهینهسازي بازده سلول بایـد رعایـت شـود، نسـبت عناصـر موجــود در ترکیــب مــذکور مــیباشــد. از جملــه، نســبتهــاي
Cu/(In+Ga) و Se/(Cu+In+Ga) که به ترتیب باید بین ۰/۷ تـا نزدیکی ۱ و حدود ۱ انتخـاب شـوند .[۳] بنـابراین کنتـرل مقـدار عناصر موجود در ترکیب یکی از پارامترهاي مهم در فرایند ساخت است.

در این مقاله اثر خلاء و شار گازنیتروژن بر فرایند سلنیومدار کـردن لایه CIG بـه منظـور دسـتیابی بـه ترکیـب نیمرسـاناي CIGS بـا رسانش نوع p بررسی شده است. بدین منظور شرایط بـه گونـهاي مهیا شد تا علاوه بر حذف ناخالصی از نمونه و جلوگیري از اکسید شدنرسانشآن، نوعترکیب p CIGS به همراه داشته باشد.

بخش تجربی

پس از تهیه زیرلایههایی از جـنس شیشـه (Soda lime glass) بـا ضخامت یک میلیمتر و ابعاد ۱/۲ × ۲/۶ سانتیمتر، ابتدا لایـهاي بـه ضخامت ۵۰۰nm از جنس مولیبـدن، بـه روش بـیم الکترونـیدر۲ فشار ۵×۱۰-۶ میلیبار بر روي زیرلایه نشانده شد. سپس لایـه هـاي ایندیم و مس-گالیم به روش کندوپاش۳ در خلاء لایهنشانی شـدند و در نهایـت چندلایـه CIG سـلنیومدار شـد. در ایـن کـار، بـراي سلنیومدار کردن چند لایه CIG از یـک کـوره اسـتوانهاي اسـتفاده شده است و اثر شرایط محیطی بر فراینـد سـلنیومدار کـردن مـورد بررسی قرار گرفته اسـت. جهـت انجـام فراینـد سـلنیومدار کـردن شرایط زیر مهیا شد:

الف) براي نشاندن سلنیوم، محفظه استوانهاي استیل با قطـر چهـار سانتیمتر و طول ۷۰ سانتیمتر درون کوره قرار گرفت و محفظـه بـه پمپ مکانیکی وصل شد تا لایه نشانی در شرایط خلاء انجام شود. ابتدا فشار درون لوله اسـتیل تـا ۸×۱۰- ۳ mbar پـایین آورده شـد،

شارسپسنیتروژن۲۰ SCCM4 از گاز داخل لوله هدایت شد کـه این امر موجب افزایش فشار درون لولـه تـا مقـدار ۲×۱۰- ۲ mbar گردید. فرستادن شار گاز نیتروژن موجـب خـروج مقـدار اکسـیژن باقیمانده درون محفظه لوله شده و با هدایت بخار سلنیم به سـمت چند لایه CIG مانع از انتشار آن در تمام طول لوله میگردد.

ب) تعویض لوله استیل با لولـه کـوارتز و لایـه نشـانی سـلنیوم در حضور گاز نیتروژن بـا شـارهاي ۵۰ SCCMو ۱۰۰ SCCMدر، حالیکه محفظه درون لوله خلاء نشده بود.

ج) لوله کوارتز درون کوره قرار گرفت و سپس به پمـپ مکـانیکی وصل شد تا لایه نشانی در شرایط خـلاء انجـام شـود. ابتـدا فشـار درون لوله تا ۸×۱۰- ۳ mbar کاهش یافت، سپس به منظـور حـذف مقدار ناچیز اکسیژن موجود در محفظه لوله، شـار گـاز نیتـروژن از درون آن عبور داده شد. بـه منظـور بررسـی اثـر میـزان شـار گـاز نیتروژن بر فراینـد سـلنیومدار کـردن، گـاز نیتـروژن بـا شـارهاي SCCMداخل ۲۰لولهو ۷ SCCM به هـدایت شـد. فشـار درون لوله بعد از ورود گاز با شـار ۲۰SCCM بـه ۸×۱۰- ۲ mbar و بـا شار SCCMبه ۲×۱۰-۲ mbar 7 رسید. در هر سه حالت، فرآینـد سلنیومدار کردن مطابق نمودار دما- زمان شکل (۱) انجـام گرفـت. آنالیز عناصر موجود در نمونه ها بـه وسـیله دسـتگاه طیـف سـنجی پراش انرژي پرتو ایکسEDAX 5 انجام شد و مقدار شـار ورودي به لولهها با دستگاه شارسنج جرمی۶ کنترل شد.

۱ Back Contact Standard Cubic Centimeter per Minute (SCCM)
2 Electron gun Energy Dispersive X-ray analysis (EDAX)
3 Sputtering Mass flow meter

۴

۵

۶

۰۱

۶۰۰
۵۰۰
۴۰۰ c)
o
)
300 Temperature

۲۰۰
۱۰۰

۰

۱۵۰ ۱۳۵ ۱۲۰ ۱۰۵ ۹۰ ۷۵ ۶۰ ۴۵ ۳۰ ۱۵ ۰

Time (min)

شکل : (۱ ) نمودار دما- زمان در لایهنشانی سلنیوم