قسم الفيزياء يناقش اطروحة دكتوراة تدرس خصائص أغشية المركب (CuxZn1-xS) الرقيقة  المحضرة بالتبخير الحراري لتطبيقات الخلايا الشمسية

• أ.د. اياد احمد صالح – رئيسا 

أ.د. عدي محسن نايف – عضوا

أ.م.د. هناء ابراهيم  محمد – عضوا

أ.م. د. علي حسين عبد الرزاق – عضوا

أ.م.د.  حاتم عبد الرزاق طه – عضوا

أ. د. بشرى كاظم حسون – عضوا و مشرفا

1. تحضير سبائك المركب الثلاثي (CuxZn1-xS)من عناصرها الأولية (النحاس والخارصين والكبريت) حيث X تساوي   x=0.25,0.5,0.75)) وحسب الاوزان الذرية.
2.   تحضير الأغشية الرقيقة من سبيكة المركب  الثلاثي  (CuxZn1-xS)  وبسمك (450nm) بطريقة التبخير الحراري عند درجة حرارة الغرفة وعلى قواعد من الزجاج والسليكون.
3. دراسة تأثير كل من محتوى عنصر (Cu) بنسب ذرية مختلفة x=0.25,0.5,0.75)) ودرجات حرارة التلدين (Ta=423,523,623) K ولمدة ساعة واحدة في الهواء على الخواص الفيزيائية للأغشية الرقيقة CZS التي تستخدم كطبقة ماصة وهي الجزء الرئيسي والأهم في الخلية الكهروضوئية.
4. تصنيع خلايا شمسية Al / (CuxZn1-xS)  / Si / Al بطريقة التبخير الحراري ودراسة تأثير نسبة عنصرالنحاس Cu ودرجات حرارة التلدين على خصائصها الكهربائية لتحديد الظروف المثلى لأداء الخلايا الشمسية.

وتم في هذه الدراسة تم تحضير سبـائك المركب الثلاثي (CuxZn1-xS) بنسب خلط مخـتـلـفة  (x= 0.25, 0. 5and 0.75) وذلك عن طـريـق مزج عـناصرها (النحاس والخارصين والكبريت) عالية النـقــاوة في انبوبة مـفـرغ تـحـت ضغـط (10-3Torr) مصنوع من الكوارتز. وباستخدام مطياف تشتت الطاقةَ للأشعةَ السينيةَ (EDX) تم التأكد من نسب مكونات السبائك المحضرة ، رسبت أغشية CuxZn1-xS الرقيقة من مسـحـوق سبائكها المحضرة على قواعد زجاجية بدرجة حرارة الغرفة  (RT) بسمك 450nm) )بطريقة التبخير الحراري في الفراغ وبمعدل ترسيب (3 nm.s-1). ثم لدنت الأغشية الرقيقة المحضرة كافة عند درجات حرارة 423K و523K  و 623K ولمدة ساعة واحدة في الفراغ.

بينت تحليلات الاشعة السينية XRD))  أن سبائك المركب الثلاثي جميعها

(CuxZn1-xS)  وأغشيتها الرقيقة كانت متعـددة التبلور ولها مزيج من طورينCuS و ZnS كان الاتجاه السائد (201). اظهرت النتائج زيادة حجم البلوري لأغشية CZS وتناقص كل من كثافة الانخلاعات والاجهاد المايكروي مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين.

     لدراسة طوبوغرافية سطوح أغشية (CuxZn1-xS) المحضرة استخدمت تقانة مجهر القوةَ الذري (AFM)  ، وأظهرت النتائج زيادة في قيم كل من متوسط حجم الحبيبات و خشونة السطح مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين. في حين اعتمدت تقانةَ المجهر الالكتروني الماسح بأنبعاث للمجال (FESEM) لدراسة مورفولوجيا سطوح أغشية جميعها (CuxZn1-xS)المحضرة، وأظهرت النتائج أن لاغـــشيةَ CZS جزيئات عشوائية الحجم ويزداد حجمها مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين.

      تم تسجيل أطياف الامتصاصية والنفاذية لأغشية (CuxZn1-xS) الرقيقة قبل وبعد التلدين في المدى الطيفي(400-1000)nm  ، أظهرت النتائج البصرية زيادة في الامتصاص مع زيادة نسبة النحاس ودرجة حرارة التلدين وتمتلك الاغشية الرقيقة المحضرة جميعها فجوة طاقةَ (Eg) مباشره تقل مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين (Ta) ، اذ قلت فجوةَ الطاقةَ للاغشية المحضرة عند نسبة تركيز النحاس 0.25 من  2.45eVإلى  2eV  عندما زادت درجة حرارة التلدين من درجة حرارة الغرفة الى درجة 623 K اما عند نسبة تركيز النحاس 0.5 فقد انخفضت من 2.4 eV إلى 1.9 eV ومن 2.3 eV إلى 1.85 eV عند نسبة تركيز النحاس 0.75. وتم حساب الثوابت البصرية لجميع اغــشـــية (CuxZn1-xS) الرقيقة المحضرة.  

أظهرت قياسات تأثير هول لأغشية (CuxZn1-xS)  الرقيقة أن الأغشية جميعها كانت من النوع القابل و ازداد تركيز الفجوات مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين، اذ ازداد تركيز الفجوات بمقدار 103 مع تغير درجة حرارة التلدين وبمقدار 104 مع تغير محتوى النحاس.

في هذه الدراسة ، تم تصنيع مفارق الخلايا الشمسية  /n-Si/ Al (CuxZn1-xS)Al/p-  بتغير نسبة النحاس (0.25, 0.5 and 0.75) ودرجة حرارة تلدين مختلفة423, 523 and 623) K ).

تم حساب خصائص سعة – جهد واظهرت النتائج  أن المفارق الهجينة المحضرة جميعها كانت من النوع الحاد ومع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين زاد كل من تركيز الحاملات وعرض منطقة النضوب وجهد البناء الداخلي بينما انخفضت السعة .

تم قياس خصائص تيار- جهد في حالة الظلام والاضاءة لمفارق  /Si/ Al (CuxZn1-xS)Al/  الهجينة وبينت النتائج نقصان كل من عامل المثالية وتيار الاشباع مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين وتحسن أداء الخلية الشمسية غير المتجانسة مع زيادة محتوى النحاس ودرجة حرارة التلدين وكانت أعلى كفاءة (η=4.77%) للخلية الشمسية  /Si/ Al (Cu0.75Zn0.25S)Al/  المحضرة عند محتوى نحاس 0.75 ودرجة حرارة تلدين 623K مقارنة بالخلايا الشمسية الأخرى المحضرة.

 وفي ضوء النتائج المتحصلة من الحسابات في هذا البحث اوصى الطالب في نهاية اطروحته بما يأتي:

1. دراسةَ تأثيرالتشويب بمواد مناسبة على الخصائص الفيزيائية
2. لاغشية (CuxZn1-xS)  وأداء الخلايا الشمسية  واستخدام الطلاء المضادُ للانعكاس.
3. استخدام طريقة أخرى للتحضيرمثل الترسيب بالليزر بدلاً من طريقة التبخير الحراري ثم مقارنة النتائج التي يتم الحصول عليها مع الدراسة الحالية.
4. دراسة تأثير تغير السمك ودرجة حرارة القاعدة ثم مقارنة النتائج التي يتم الحصول عليها مع الدراسة الحالية.
5. دراسة تأثير ترسيب الأغشية الرقيقة  CZS على ارضيات مختلفة مثل السليكون المسامي، وركائز FTO وركائز ATO ورقائق الجرمانيوم،  ثم مقارنةَ الكفاءةَ الناتجة بالكفاءةَ التي تم الحصول عليها من الدراسةَ الحاليةَ