ساخت و مطالعه خواص ساختاری و اپتیکی ساختار دولایه ای تلورید کادمیوم/ سولفید کادمیوم بر روی زیرلایه ITO

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دانشگاه سمنان

2 عضو هیأت علمی آزمایشگاه لایه‌نشانی، گروه فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

در این پژوهش به ساخت و مطالعه خواص ساختاری و اپتیکی، نحوه رشد لایه‌ها و بازده کوانتومی ساختار دولایه ای تلورید کادمیوم/ سولفید کادمیوم بر روی زیرلایه ITO جهت ساخت سلول‌های خورشیدی پایه تلورید کادمیوم پرداخته شده است. دولایه‌ای اشاره شده به کمک روش لایه‌نشانی فیزیکی در فاز بخار (PVD) ساخته شد. به منظور یافتن ساختار بلوری مربوط به هرکدام از لایه ها و یا مشاهده فاز جدید تشکیل شده در قسمت سطح مشترک آنها، از آزمون پراش اشعه X استفاده گردید. به کمک این آزمون فاز سه تایی CdTe1-xSx در°95/89= Ө2 مشاهده گردید که به نفوذ کردن دو لایه در همدیگر ارتباط داده شده است. مطالعات اپتیکی، تغییر میزان عبوردهی نور را در مقایسه با نمونه تلورید کادمیوم خالص نشان می دهد. یکنواختی سطح نمونه ها، اندازه ضخامت آنها و بررسی ریخت ستون‌های رشد یافته به کمک آزمون FESEM بررسی گردید. تصاویر FESEM نشان داد که رشد لایه‌ها یکنواخت و به صورت ستونی هستند. بازدهی کوانتومی نشان داد که طی پدیده فوتوولتائیک، همه فوتون ها با طول موج 800 نانومتر می توانند هر کدام یک الکترون تولید نمایند. بررسی نمودار I-V ساختار دو لایه‌ای ساخته شده بازدهی سلول 4/1 درصد و ضریب پری 65/0 را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

fabrication and investigation on structural and optical properties of CdS/CdTe bilayer structuer on ITO substrate

نویسندگان [English]

  • reza zareimoghadam 1
  • Hamid Rezagholipour Dizaji 2
  • Mohammad Hossein Ehsani 2
  • Mohammadhossein Mirhaj 3
2 Thin Film Laboratory, Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
3 Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

In this investigation, fabrication and investigation on structural and optical properties, the layer growth and quantum efficiency of CdS/ CdTe bi-layer structure on ITO substrate for the production of cadmium telluride- base solar cells are dealt with. The mentioned bi-layer was made by using physical vapor deposition (PVD) method. In order to find the crystal structure of the individual layers or observation of new phase formed at their interface, X-ray diffraction analysis was used. With the help of this analysis, CdTe1-xSx ternary phase was observed at 2Ө=89.95° which has been attributed to the inter diffusion of the two layers. Optical studies show the change in optical transmission compared to the pure cadmium telluride. The surface uniformity and thickness of the specimens and morphology of the grown columns were investigated by FESEM analysis. The FESEM images showed that the layers growth was in uniform columnar form. Quantum efficiency showed that during photovoltaic phenomenon, all photons with a wavelength of 800 nm can produce either an electron. I-V plot study of the prepared bi-layer structure shows a cell efficiency of 1.4 percent and fill factor of 0.65.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cadmium telluride-based solar cells
  • substrates ITO
  • physical vapor deposition

[1] J. Poortmans, A. Vladimir, Thin film solar cells: fabrication, characterization and applications, John Wiley & Sons, (2006).

[2] http://investor.firstsolar.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=593994.

[3] X. Wu, R.G. Dhere, D.S. Albin, T.A. Gessert, C. DeHart, J.C. Keane, A. Duda, T.J. Coutts, S. Asher, D.H. Levi, H.R. Moutinho, High-efficiency CTO/ZTO/CdS/CdTe polycrystalline thin-film solar cells. In Proceedings of NCPV program review meeting 47 (2001) 995-1000.

[4] M.A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E.D. Dunlop. Solar cell efficiency tables. Progress in photovoltaics: research and applications, 23 (2015) 1-9.

[5] http://investor.firstsolar.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=864399.

[6] M.D. Archer, M.A. Green, editors. Clean electricity from photovoltaics. World Scientific (2014).

[7] S.M. Sze, Physics of semiconductor devices, John Wiley & Sons Inc, New York, (1981).

[8] A.D. Compaan, A. Gupta, S. Lee, S. Wang, J. Drayton. High efficiency, magnetron sputtered CdS/CdTe solar cells. Solar Energy 77 (2004) 815-822.

[9] Z.R. Khan, M. Zulfequar, M.S. Khan. Structural, optical, photoluminescence, dielectric and electrical studies of vacuum-evaporated CdTe thin films. Bulletin of Materials Science 35 (2012) 169-174.

[10] M.H. Ehsani, H.R. Dizaji, S. Azizi, S.G. Mirmahalle, F.H. Siyanaki. Optical and structural properties of cadmium telluride films grown by glancing angle deposition. Physica Scripta 88 (2013) 025602-025609.

[11] F.H. Siyanaki, H.R. Dizaji, M.H. Ehsani S. Khorramabadi. The effect of substrate rotation rate on physical properties of cadmium telluride films prepared by a glancing angle deposition method, Thin Solid Films 577 (2015) 128-133.

[12] C.S. Ferekides, D. Marinskiy, V. Viswanathan, B. Tetali, V. Palekis, P. Selvaraj, D.L. Morel, High efficiency CSS CdTe solar cells. Thin Solid Films 361 (2000) 520-526.

[13] A. Nowshad, T. Isaka, A. Yamada, M. Konagai. Highly efficient 1μm thick CdTe solar cells with textured TCOs. Solar Energy Materials and Solar Cells 67 (2001) 195-201.

[14] J. Britt, C. Ferekides. Thin‐film CdS/CdTe solar cell with 15.8% efficiency. Applied Physics Letters 62 (1993) 2851-2852.

[15] J.M. Kestner, S. McElvain, S. Kelly, T.R. Ohno, L.M. Woods, C.A. Wolden, An experimental and modeling analysis of vapor transport deposition of cadmium telluride. Solar Energy Materials and Solar Cells 83 (2004) 55-65.

[16] J. Lee, Raman scattering and photoluminescence analysis of B-doped CdS thin films, Thin Solid Films 451 (2004) 170-174.

[17] M.H. Mirhaj, H.R. Dizaji, M.H. Ehsani F. Hosseini. Substrate temperature effect on physical properties of In-doped CdS thin films. Chalcogenide Letters 9 (2012) 193-199.

[18] J.A. Davila-Pintle, R. Lozada-Morales, Electro-Optical characterization of insitu indium doped CdS thin film by chemical bath, Advances In Technology Of Materials And Materials Processing Journal 8 (2006) 1.

[19] A. Gupta, I. Matulionis, Effect of CdTe thickness reduction in high efficiency CdS/CdTe solar cells, Materials Research Society Symposium Proceedings, 668 (2001) 641-646.

]20[ا. کمپانی، ب. قنبری شوهانی، ع. خرسند زاک، مشخصه‌یابی و بررسی خواص اپتیکی نانوپودر تلوراید کادمیم سنتز شده به‌روش هیدروترمال،مجلةپژوهشسیستم‌هایبس‌ذره‌ای 12(1395)، 71-78.

[21] L. Chen, Random Deposition Model of CdS Layer in CdS/CdTe Thin-Film Solar Cells, M.Sc. Thesis, Colorado State University (2008).