20827

۲۰۸۲۷

طراحي و ساخت سلول خورشيدي مبتني بر CZTS به منظور افزايش جذب و بازدهي تبديل

كارشناسي ارشد

الكترونيك - سيستم هاي الكترونيك ديجيتال

۹۵-۹۸

۱۳۹۸/۰۱/۱۷

دكتر شهرام محمد نژاد

برق

چكيده به¬منظور توليد ماده لايه جاذب در سلول¬هاي خورشيدي لايه¬نازك، لايه‌هاي نازك سولفيد مس-روي-قلع Cu2ZnSnS4 (CZTS) از يك محلول چهارجزئي سل-ژل به كمك يك روش ساده، ارزان و سازگار با محيط زيست، و با بكارگيري مستقيم آن بر روي يك زيرلايه شيشه¬اي در مراحل چندگانه به كمك لايه‌نشاني چرخشي رشد داده شد. پس از آن، لايه¬هاي ايجاد شده در يك آون خشك¬كننده تحت اتمسفر هواي گردشي بدون بخار گوگرد فرآوري حرارتي شدند. نتايج پيك‌هاي پراش پرتو ايكس حاصل شده مطابق با الگوي پراش اشعه ايكس تركيبCZTS (JCPDS 26-0575) بود، كه اين موضوع نشان دهنده ساختار كستريت لايه¬هاي ايجاد شده مي‌باشد. انرژي شكاف باند نوري لايه‌هاي رشد يافته برابر 50/1 الكترون¬ولت بود، كه با مقادير بدست آمده از منابع و تحقيقات قبلي مطابقت خوبي داشت. در تصاوير مورفولوژي از SEM، لايه¬هاي متراكم از ذرات CZTS با ضخامت μm 5/5 مشاهده شد. همچنين منحني بدست آمده از ضرايب جذب لايه¬ نازك CZTS در طول¬موج¬هاي 200 تا 1100 نانومتر نشان از جذب بالاي آن در طيف مرئي و UVA دارد. لذا نشان داده ¬شده ¬است كه لايه¬هاي نازك CZTS را مي¬توان از طريق يك فرايند تك مرحله¬اي سل-ژل در دماي حرارت¬دهي نسبتا كم و عدم نياز به خلاء و سولفوريزاسيون سمي بدست آورد. در ادامه، شبيه سازي ساختار سلول‌هاي خورشيدي CZTSSe/CdS/i-ZnO/ZnO:Al بر اساس لايه‌هاي جاذب CZTS، با استفاده از شبيه¬ساز يك¬بعدي SCAPS-1D ارائه شده است. ولتاژ مدار باز (VOC)، چگالي جريان اتصال كوتاه (Jsc)، ضريب پري (FF) و بازدهي (η) ساختار به عنوان توابعي از شكاف باند و ضخامت لايه CZTS مورد تحليل قرار گرفته است. اگر ضخامت لايه‌هاي CZTS برابر با μm90/2 باشد بهترين كارايي سلول خورشيدي حاصل مي¬شود بطوريكه در اين شرايط %22/11=η، mV780=VOC، 2mA.cm91/20=JSC و %8/68=FF بدست مي¬آيد. واژه‌هاي كليدي: Cu2ZnSnS4، لايه جاذب، سلول خورشيدي لايه نازك، فرآيند سل-ژل

1398/04/11

Design and Fabrication of CZTS Solar Cell with improved Absorption and Conversion Efficiency

7/3/2019 12:00:00 AM

Abstract: To produce the absorber layer material for thin-film solar cells, copper-zinc-tin-sulfide Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films were prepared from a sol-gel four-component solution in a simple, inexpensive, and environmentally friendly manner by directly applying it onto a glass substrate in multiple spin-coated layers. Afterwards, the resulting films were thermally processed in a drying oven under circulating air atmosphere without sulfur vapor. The obtained X-ray diffraction peaks indicate that the produced coatings were characterized by the kesterite structure. The calculated optical band gap energy of the obtained films was 1.50 eV. The obtained SEM images showed that the synthesized densely packed CZTS films with large particles were compact and uniform One of the reasons for lower efficiency of CZTS devices in comparison with the efficiency of CZTSe devices is that despite the former’s greater band gap, secondary phases are formed during kesterites development processes. The best approach for solving these problems and obtaining devices with high efficiency is employing the materials that are composed of sulfur and selenium. Moreover, CZTSSe band gap, which can be controlled by S/Se ratio, plays an important role in deficit of Voc. This idea, together with the structure’s proper design by means of CZTS and CZTSe absorber layers, caused an improvement in kesterite-based solar cells’ performance. The simulation results showed that it is possible to optimize kesterite thin film solar cell’s performance by adding the CZTSe thin layer, whose thickness is about 3% of the thickness in CZTS, between the CZTS lower circuit and its absorber layer. Keywords: Cu2ZnSnS4, Absorber Layer, Thin Film Solar Cell, Sol-gel Method