سنتز لایه های نازک اکسید روی با روش سل- ژل و کاربرد آن برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی سیلیکونی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشیار پژوهشکد‌ه فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی

3 استادیار پژوهشکد‌ه نیمه هادی ها، پژوهشگاه مواد و انرژی

4 استادیار پژوهشکد‌ه فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی

5 شرکت صنایع الکترونیک سازان

چکیده

چکیده
در این تحقیق لایه نازک اکسیدروی(ZnO) به عنوان لایه ضد‌بازتاب به روش سل-ژل و با استفاده از تکنیک پوشش‌دهی چرخشی بر روی سیلیکون p-n لایه‌نشانی، و اثر آن به عنوان لایه ضد‌‌بازتاب در سلول خورشیدی و افزایش راندمان سلول خورشیدی مورد توجه و بررسی قرار گرفت. در این روش از استات‌روی دوآبه به عنوان پیش ماده، و از مونواتانول آمین(MEA) و دی‌اتانول آمین(DEA) به عنوان پایدار‌کننده ، و از ترکیبات دو‌متوکسی‌اتانول، ایزو پروپیل‌الکل و اتانول به عنوان حلال استفاده شد. بعد از لایه‌نشانی، نمونه ها توسط سشوار صنعتی در دمای150 درجه سانتیگراد به مدت 10 دقیقه پیش حرارت داده شد و سپس نمونه ها در دمای 470 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت در داخل کوره الکتریکی حرارت داده شدند و سپس اتصالات فلزی پشت (Al) و اتصالات فلزی جلوی سلول خورشیدی(Ag) را به ترتیب با روش PVD و تکنیک چاپ سطحی (شابلونی) بر روی سلول خورشیدی نصب گردید. برای مشخصه‌یابی لایه های نازک ZnO از پراش اشعه ایکس ( XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی ( FESEM) و از دستگاه پراب چهار نقطه ای برای اندازه گیری مقاومت سطحی نمونه‌ها کمک گرفته شد. همچنین برای بررسی خواص الکتریکی و تعیین پارامترهای قطعه سلول خورشیدی از دستگاه شبیه ساز خورشیدی استفاده شد. نتایج حاصل نشان دادند که نانو ساختار ZnO با ساختار شش گوشی با اندازه 30-50 نانومتر بر روی سطح سیلیکون تشکیل شده و بعنوان یک لایه ضدبازتاب باعث شده که راندمان سلول خورشیدی سیلیکونی افزایش یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Synthesis of zinc oxide films by sol-gel method and its application to improve the efficiency of silicon solar cells

نویسندگان [English]

  • Alireza Jalali 1
  • Mohammad Reza Vaezi 2
  • Nima Naderi 3
  • Fariba Tajabadi 4
  • Abbas Eftekhari 5
1 دانشکده شیمی
2 Research Department of Nano-Technology and Advanced Materials ,Materials and Energy Research Center
3 Research Department of Semiconductors,Materials and Energy Research Center
4 Research Department of Nano-Technology and Advanced Materials ,Materials and Energy Research Center
5 Sazan Electronic Industries Company
چکیده [English]

In this research, the use of ZnO thin films, as anti-reflective layers of solar cells, is presented. The thin films were synthesized through a sol-gel method and then deposited on a P-N silicon substrate using the spin coating technique. The effect of the ZnO thin films on the efficiency of a solar cell piece was then investigated. To synthesize the ZnO films, zinc acetate dihydrate was used as the precursor, monoethanolamine (MEA) was employed as the stabilizer, and 2-methoxyethanol was used as the solvent. also in order to investigate the effect of concentration of sol-gel solution in formation of ZnO nanoparticles, samples with various concentrations were prepared and after deposition, solar cell piece was fabricated. The ZnO thin films prepared were characterized using X-ray diffraction and field emision-scanning electron microscopy, and a four-point probe was used to measure the surface resistance of the sample. Moreover, to evaluate the electrical properties of the solar cell piece, first, the back and front metal connections of the solar cell were installed using the stencil silk-screen printing method and then a solar simulator was used. The obtained results indicated that the nano-structured ZnO films with hexagonal crystallites and 30-50 nm particle sizes were successfully formed on the silicon substrate. Also, the observations unraveled that the coated ZnO films could act as an anti-reflection films and improved the efficiency of silicon solar cells. In addition, the results showed that the concentration of the sol-gel solution can have a considerable effect on the efficiency of the silicon solar cell.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silicon solar cells
  • Zinc oxide
  • Anti-reflection film
  • Sol-gel method

مراجع

[1] B. Li.L. Wang, B. Kang, P. Wang,Y. Qiu, Solar Energy Materials and Solar Cells, 90(2006) 549.
[2] C. Li, M. Liu, N. G. Pschirer, M. aumgarten,K. Mullen, Chemical Reviews, 110( 2010) 6817.
[3] S. R. Forrest, MRS Bulletin, 30( 2005) 28.
[4] O. Isabella, K. Jager, A.  Smets, R.V. Swaaij, “Solar Energy:Fundamentals, Technology, and Systems”, UIT Cambridge, (2016).
[5] R. Somayye, E. Mohammad, H. Mohaddese, J. Of Applied Chemistry, 5(1389) 15, in Persian.
[6] P.M. Sirimanne, V.P.S. Perera, Physica Status Solidi (b), 241( 2008) 1828.
[7] D. Eder, Alan H. Windle, Advanced Materials, 20( 2008) 1787.
[8] W. Schnabel, Polymers and light: fundamentals and technical applications,1st ed.,John Wiley & Sons,( 2007) pp.156.
[9] S. De Wolf, A. Descoeudres, Z. C. Holman, and C. Ballif, green, 2(2012)7.
[10] T. Saga, NPG Asia Mater, 2(2010) 96.
[11] H.B.Serreze, “Optimization Solar Cell by Simultaneus Consideration of Grid pattern Design and Interconnect Configuration”.( 2002), 609.
[12] S. Duttagupta, F. Ma , B. Hoex, T. Mueller, A.G. Aberle, Energy procedia, 15( 2012) 78.
[13] D.N. Wright, E.S.Marstein, A. Holt, “Duoble Layer Antireflective Coating for Silicon Solar Cells” , IEEE, 2005.
[14] Y.C. Jeon, H.Y. Lee, S.K. Joo,  Journal of Applied  Physics, 75(1994) 979.
[15] J. Schmidt, F.M. Schuurmans, W.C. Sinke, S.W.Glunz, A.G.Aberle, Applied Physics Letters, 71( 1997) 252.
[16] M. Lapeyrade, M.P. Besland, C. Meva’á, A.Sibai, G. Hollinger, Journal Of Vacuum Science & Technology, 17(1999) 433.
[17] W.M  Arnoldbik, C.H Maree, A.J Maas, M.J Van den Boogaard, Physical Review B,8(1993)5444.
[18] H.P.L Löbl, M. Huppertz, Thin Solids Films 317(1998)153.
[19] S.A. Awan, R.D. Gould,S. Gravano, Thin Solids Films, 335(1999) 456.
[20] T. Ehara, T.Ueno, J. Abe, physica status solidi A, 207(2010) 1600.
[21] C.Yang, J.Pham,Silicon,10(2018)2561.
[22] J. Lee, Z. Li, M. Hodgson, J. Metson, A .Asadov, W. Gao, Current Applied Physics , 4( 2004)398.
[23] R.Thitima, C. Patehatee, S.Takashi, Y. Susumu, Solid-State Electronics, 53( 2009) 176.
[24] K. Ellmer, A. Klein, B.Rech, Transparent Conductive Zinc Oxide :Basics and Applications in Thin Film Solar Cells, Springer Series in Materials Science, (2008) pp.148.
[25] L.Y.Lin, D. E. Kim, Thin Solid Films, 517( 2009) 1 690.
[26] J. Li, S. Srinivasan, G. N. He, J.Y. Kang, S. T. Wu, F. A. Ponce, Journal of Crystal Growth, 310( 2008) 599.
[27] J. B. Laughlin, J. L. Sarquis, V. M. Jones, J. A. Cox, Journal of Chemical Education, 77( 2000) 77.
[28] J. H.Lee, K.H. Ko, B.O.Park, Journal Of Crystal Growth, 247( 2003) 119.
[29] M.H. Aslan, A.Y.Oral, E. Mensur, A.Gül, E. Basaran, Solar Energy Materials & Solar Cells, 82( 2004) 543.
[30] M.Caglar, S.Ilican, Y. Caglar, F.Yakuphanoglu, Applied Surface Science, 225( 2009)4491.
[31] Ş. Karataş, H. M. El-Nasser, Ahmed. A. Al-Ghamdi, F.Yakuphanoglu, Silicon,10( 2018) 651.
[32] P. Sagar, P. K. Shishodia, R. M. Mehra,Applied Surface Science, 253(2007) 5419.
[33] S.Suwanboonl, R.Tanatth, R.Tanakorn,Songklanakarin, Journal of Science and Technology, 30( 2008) 65.
[34] M.Mohammadi, M.R. Rokn-Abadi, H.Arabshahi, Indian Journal of Science and Technology, 3( 2010) 110.
شیمى کاربردى روز
دوره 15، شماره 55
تیر 1399
صفحه 343-356

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار