ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة ” دراسة خصائص الاغشية الرقيقة المشوبة SnS لتطبيقات الخلايا الشمسية ” للطالبة ” دعاء منير صادق ” التي انجزتها باشراف التدريسية في القسم ” أ.د. بشرى كاظم حسون ” ونوقشت من قبل أعضاء لجنة المناقشة المبينة أسمائهم في ما يأتي :
- ا.د. اقبال سهام ناجي – رئيسا
- ا.م.د.علاء جبار غزاي – عضوا
- ا.م.د. اخلاص هميم شلال – عضوا
- ا.د. بشرى كاظم حسون – عضوا اللجنة و مشرفا
- ويهدف البحث الى :
ويهدف البحث الى :
- تحضير سبيكة كبريتيد القصدير (SnS) من العناصرالاولية وبنسبة 1:1 لكل عنصر .
- تحضير أغشية رقيقة من مادة( SnS )المحضرة نقية ومشوبة بنسبة 3% بعناصر مختلفة (Sb,Bi, Ag) على قواعد زجاجية وسيليكونية بطريقـة التبخير الحـراري فـي الفراغ عند درجـة حرارة الغرفـة وتلدينها بدرجة حرارة 573 K.
- دراسة تأثير التلدين والتشويب على الخواص البصرية والتركيبية والكهربائية لاغشية (SnS) المحضرة على قواعد من الزجاج .
- تصنيع مفرق هجين (خلية شمسية ) ودراسة تأثير التلدين والتشويب على معلمات الخلايا الشمسية المصنعة
وتناول هذا البحث تحضير سبيكة كبريتيد القصدير(SnS) من عناصر الكبريت والقصدير بنسبة 1:1وذلك بمزج العناصر ووضعها داخل انبوبة مصنوعة من زجاج الكوارتز تم تفريغها من الهواء تحت ضغط مقداره (10-3 Torr) ، ووضعت في فرن لمدة خمس ساعات بدرجة 1273 K ، ثم تركت لتبرد بعدها اجري للسبيكة المحضرة فحص بحيود الاشعة السينية ، وتبين من الفحص امتلاك سبيكة (SnS) تركيب بلوري من النوع المعيني القائم (Orthorhombic) متعدد التبلور وباتجاه سائد (111) .
رسبت أغشية رقيقة من سبيكة المركب (SnS) بطريقة التبخير الحراري في الفراغ وبسمك 400 ± 20nm وبمعدل ترسيب مقداره (1nm/sec) على قواعد زجاجية لغرض دراسة الخصائص البصرية والتركيبية والكهربائية ، وقواعد سيليكونية لتصنيع الخلايا الشمسية ، وتم استقصاء تأثير التشويب بالانتيمون والبزموث والفضة وبنسبة (3%) على الخصائص الفيزيائية للاغشية المحضرة وعلى معلمات الخلايا الشمسية قبل التلدين وبعده بدرجة 573K ولمدة ساعة واحدة.
اظهرت قياسات الحيود بالاشعة السينية تركيبا بلوريا ومن النوع المعيني القائم (Orthorhombic) متعدد التبلور للاغشية المحضرة النقية والمشوبة كافة وبالاتجاه السائد (111) ، مع زيادة الحجم البلوري بعد عملية التلدين وعملية التشويب ، واستخدمت تقنية مجهر القوة الذرية (AFM) لتحديد الحجم الحبيبي وقياس معدل خشونة السطح للأغشية المحضرة كافة وأظهرت النتائج زيادة الخشونة والحجم الحبيبي بعد التلدين والتشويب.
أظهرت نتائج الفحوصات البصرية ضمن المدى (300-1100) nm أن امتصاصية أغشية (SnS) تزداد بعد عملية التلدين وعملية التشويب. وتمتلك اغشية (SnS) المحضرة فجوة طاقة لحالة الانتقال المباشر المسموح وقد قلت قيمتها بعد التشويب والتلدين للمدى (1.85-1.45) eV .
تبين من قياسات تاثير هول امتلاك الاغشية المحضرة توصيلية من النوع (P-type) وان عملية التشويب بمواد مختلفة وعملية التلدين لم تغيرا من نوع حاملات الشحنة وادت الى زيادة تركيز حاملات الشحنة والتوصيلية للنماذج المحضرة.
في حالة الاضاءة اوضحت نتائج فحوصات خصائص (تيار- فولتية) ان كفاءة الخلايا الشمسية عند اشابتها بعناصر (Sb,Bi,Ag) وبنسبة تشويب (3%) وعند تلدينها بدرجة 573K تحسنت قيمتها مقارنة بالنماذج النقية وغير الملدنة ، اذ بلغت الكفاءة التحويلية (1.304 %- 5.46%) واعلى كفاءة تحويلية كانت للعينة المشوبة بالفضة والملدنة بدرجة 573K.
وخلصت الطالبة في ختام بحثها الى المقترحات والمشاريع المستقبلية الاتية:
- تحضير ودراسة خصائص مفرق هجين نوع (P- SnS /n-CdS) أو (SnS / ZnO).
- استقصاء تاثير اضافة مواد اخرى على الخواص الفيزيائية للغشاء SnS مثل (Cu,Zn,In,Al) ودراسة تأثير هذه الاضافة على كفاءة الخلية الشمسية ومقارنتها مع النتائج الحالية.
- دراسة تأثير تغير درجة حرارة القاعدة وسمك الغشاء وزمن التلدين في الخواص الفيزيائية للغشاء (SnS) و تأثير ذلك في كفاءة الخلية الشمسية.
- تحضير اغشية SnS بتقنية ترسيب أخرى ومقارنة النتائج .
SnS Thin Films for Solar Cell Application)
(Characterization Study of Doped
By Dua’a Munair Sadiq
Supervised by prof.Dr.Bushra K.Hasoon
Abstract
In this research, Tin sulfide alloy was prepared from mixed elements Tin and Sulphur materials at ratio 1:1 in a quartz glass tube which is vacuumed from the air under pressure of (10-3) Torr, then put in oven at 1273K for 5 hours, then let the mixed cooled slowly, SnS alloy was examined by X-ray diffraction analysis, it was determined that the SnS was obtained, the structure is polycrystalline with a orthorhombic crystalline system and preferred orientation along (111) plane.
SnS thin films were prepared by using thermal evaporation under vacuum method with 400 ± 20nm thickness and with a deposition rate of 1nm / sec, which deposited on glass substrates in order to study the structure, optical and electrical properties and on silicon wafer in order to manufacture the solar cells. The influence of doping by (3%Sb, 3%Bi, 3%Ag) was investigated on the physical properties of SnS thin films and on (SnS/Si) heterojunction solar cells before and after annealing at 573K for one hour.
The X-ray diffraction pattern marks revealed that all films prepared ( pure and doped with Sb, Bi, Ag) are polycrystalline structure with orthorhombic crystal system and have preferred orientation along (111) plane for all films doped and un doped, as well as increase in crystallite size after annealing and doping process . Atomic force microscopy technique was used to determine the surface roughness of all SnS films prepared and to measure the average grains size of these films. The consequences of the measurement exhibited an increase of the grains size and surface roughness after annealing and doping process.
The optical measurements results within the range (300-1100) nm showed that the absorption of SnS films increased after annealing and doping process.
All SnS films prepared (pure and doped) before and after annealing had a direct optical energy gap and its value had been reduced after annealing and doping process to become in the range between (1.85-1.45) eV.
Hall effect measurement grades revealed that all SnS films deposited had (p-type) electrical conductivity , as well as the doping and annealing process don’t change the type of charge carriers, enhanced the concentration of the charge carriers and conductivity for all sample prepared .
Under illumination condition, the (I-V) characteristics measurements consequences displayed that the solar cells synthetic from the SnS films when doped with 3% (Sb,Bi,Ag) and annealing at 573 K , the conversion efficiency improved and reached to (1.304 %- 5.46%) from the other pure and un doped sample. The highest value of conversion efficiency for the solar cells that which made-up from SnS films doped with Ag and annealing at 573 K.
