26451

ارزيابي عملكرد كامپوزيت گرافن و نانوميله¬هاي اكسيد روي در افزايش راندمان سلول¬هاي خورشيدي مبتني بر اتصال ناهمگون ZnO/Si

كارشناسي ارشد

فيزيك-ماده چگال

1398-1400

15 اسفند1400

محمدرضا زماني

نيما نادري

فيزيك

افزايش جذب نور در سلول¬هاي خورشيدي از اهميت بسزايي برخوردار است كه منجر به افزايش پارامترهايي نظير بازدهي، فاكتور سيرشدگي و ولتاژ مدار باز سلول شده است. به همين منظور، از نانوموادي با مورفولوژي خاص جهت ايجاد لايه ضد¬بازتاب براي كاهش بازتاب از سطح و افزايش جذب نور استفاده شد. در پژوهش حاضر، به منظور ساخت سلول خورشيدي ناهمگون از لايه نازك اكسيد روي لايه¬نشاني شده با دستگاه كندوپاش مغناطيسي بر روي بستر سيليكون نوع p جهت لايه ضد¬بازتاب و ايفاي نقش نيم¬رساناي نوع n براي ايجاد پيوند ناهمگون در سلول خورشيدي استفاده شد. سپس، شرايط و پارامترهاي فرآيند شامل غلظت مولي پيش¬ماده، دما و زمان با استفاده از روش ساده و مقرون به صرفه حمام شيميايي بهينه شدند. به طوري كه، با استفاده از پيش¬ماده¬هاي روي نيترات شش آبه و هگزامتيلن تترا آمين، پودر بهينه نانوميله¬هاي اكسيد روي در دماي˚C85 و زمان 1 ساعت به دست آمد. از ويژگي¬هاي بارز اين نانوميله¬ها مي¬توان به رشد در جهت¬گيري¬هاي متفاوت به منظور افزايش به دام انداختن فوتون¬هاي فرودي اشاره كرد. همزمان با افزودن اكسيد گرافن به عنوان فاز تقويت¬كننده كامپوزيت به محلول پيش¬ماده روي نيترات شش آبه و تبديل شدن آن به اكسيد گرافن كاهش يافته مطابق با آزمون رامان و تحت فرآيند حمام شيميايي، جذب نور و جلوگيري از بازتركيب الكترون- حفره افزايش يافت. ساختار نمونه¬ها و اندازه دانه¬ها توسط مشخصه¬يابي ميكروسكوپ الكتروني روبشي _ عبوري بررسي شد و رشد بلورينگي نمونه كامپوزيتي به وضوح توسط آناليز پراش اشعه ايكس مشاهده شد. همچنين، به منظور بررسي خواص اپتيكي، طيف بازتاب با نور مرئي و طيف فوتولومينسانس لايه¬هاي ايجاد شده مورد مطالعه قرار گرفت كه به ترتيب نشان از كاهش بازتاب و افزايش جذب نور در نمونه كامپوزيتي داشت. سپس رفتارالكتريكي سه سلول خورشيدي مختلف با توجه به نمودار جريان – ولتاژ و توان – ولتاژ مورد بحث قرار گرفت. در پايان نتايج نشان داد كه سلول خورشيدي مبتني بر نانوكامپوزيت اكسيد گرافن كاهش يافته و نانوميله¬هاي اكسيد روي كه با روش چكاندن قطره بر سطح ZnO/Siلايه نشاني شد؛ داراي بازدهي(%12/14) و فاكتور سيرشدگي(551/0) به نسبت بالاتر در مقايسه با دو سلول ديگر است.

1401/02/05

Performance evaluation of Graphene:ZnO Nanorods composite on enhanced efficiency of ZnO/Si heterojunction solar cells

3/6/2023 12:00:00 AM

In the present research, the effect of graphene layer and zinc oxide nanorods (NRs) on the photovoltaic performance of fabricated heterojunction solar cells based on ZnO thin film was investigated. For this purpose, ZnO thin film was deposited on p-type silicon using RF sputtering to serve as an anti-reflective layer and n-type semiconductor in order to form a heterojunction thin film solar cell. Then, ZnO NRs were successfully synthesized using a cost-effective and facile chemical bath deposition (CBD) technique. In the following, in order to study the effect of reduced graphene oxide (rGO) on the optical properties of ZnO NRs, the colloidal suspension of rGO and ZnO NRs (rGO:ZnO NRs) were formed. The optimized nanostructures were then transferred to the surface on ZnO/Si sample using drop-cast method. The morphology of nanostructures showed that ZnO NRs were formed with various orientations which can be a significant feature to increase the entrapment of incident photons. The XRD results indicated the structural properties of ZnO NRs were improved when rGO flakes were added. The reduction of GO was confirmed using the Raman spectroscopy. The higher ID/IG ratio for rGO:ZnO NRs sample compared to GO layers suggested the chemical reduction of GO in this sample. The optical properties were evaluated using reflectance and photoluminescence (PL) spectroscopies. The results showed that the light absorption and PL intensity were increased for the sample containing rGO which is due to the role of graphene as a reinforcement phase of the composite for preventing the electron-hole recombination. The optoelectrical properties of fabricated solar cells were investigated via the metallization of top and rear contacts in order to fabricate three different solar cells based on ZnO thin film, ZnO NRs and rGO:ZnO NRs whose were evaluated using current density-voltage (J-V) diagram. The results showed that the efficiency and the fill factor of the solar cell based on rGO:ZnO NRs was enhanced comparing to the other fabricated solar cells. Therefore, existence of rGO can improve the photovoltaic properties of thin film solar cells based on ZnO nanorods

سلول هاي خورشيدي ناهمگون , نانوميله هاي اكسيد روي , اكسيد گرافن كاهش يافته , نانو كامپوزيت

heterojunction solar cells , , zinc oxide nanorods (ZnO NRs) , ), reduced graphene oxide (rGO) , nanocomposites

1

1