22859

تأثير عوامل فرايندي بر خواص پوشش‌هاي رساناي شفاف براي كاربرد در الكترود سلول‌هاي خورشيدي

كارشناسي ارشد

سراميك

1396-99

1399/08/26

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر حميدرضا رضايي

مواد و متالورژي

در پژوهش حاضر، هدف اصلي ساخت و مشخصه يابي لايه نازك اكسيد قلع خالص (SnO2) و آلائيده شده با فلوئور (FTO) به روش اسپري پيروليز است كه يكي از اكسيدهاي رساناي شفاف (TCO) بوده و به‌عنوان الكترود شفاف در سلول‌هاي خورشيدي مورداستفاده قرار مي‌گيرد. براي لايه نشاني اين فيلم ها از پيش ماده كلريد قلع 5 آبه (SnCl4.5H2O) و براي افزودن آلاينده فلوئور از فلوريد آمونيوم (NH4F) با نسبت F/Sn برابر با 0 ، 10، 15، 20، 25 و 30 درصد وزني استفاده شد. همچنين به فيلم FTO آلاينده هاي كاتيوني نيكل و كبالت با استفاده از كلريد آنها در نسبت هاي وزني Ni/Sn و Co/Sn در محدوده ي 0 تا 4 درصد وزني اضافه شد و اثر آن‌ها بر روي خواص فيلم موردبررسي قرار گرفت. دماي لايه‌نشاني در محدوده 400 تا 500 درجه سانتي‌گراد متغير بود كه اثر اين تغييرات موردبررسي قرار گرفت. بررسي‌هاي ساختاري، مورفولوژيكي، نوري و الكتريكي فيلم‌ها توسط آناليزهاي پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني نشر ميداني (FE-SEM)، اسپكتروفوتومتري در محدوده‌ي مرئي و مقاومت سنج چهار نقطه‌اي انجام شد. همچنين ضريب شايستگي براي تمامي نمونه ها نيز محاسبه شد. در اين پژوهش فيلم هاي كاملا متراكم و با ضخامت يكنواخت لايه نشاني شد. با توجه به ميزان آلاينده هاي مورد استفاده در محلول و همچنين دماي لايه نشاني، ميزان عبور نور و مقاومت الكتريكي فيلم ها متغير بود. بيشترين عبور در ناحيه مرئي در نمونه اكسيد قلع خالص ديده شد كه در حدود 84% بود و كمترين ميزان مقاومت سطحي برابر با Ω/□ 8/6 بوده كه مربوط به نمونه ي با 20% وزني فلوئور، 2% وزني كبالت و نيكل كه در دماي ℃ 500 لايه نشاني شده، مي باشد و ميزان عبور نور مرئي در اين نمونه در حدود 75% بوده كه مي‌تواند يك گزينه مناسب به‌عنوان الكترود رساناي شفاف در سلول‌هاي خورشيدي مورداستفاده قرار گيرد. واژه‌هاي كليدي: لايه نازك، اكسيد رساناي شفاف، FTO ، اسپري پيروليز

1399/09/17

The effect of process parameters on the properties of transparent conductive thin films for solar cell electrodes

11/17/2021 12:00:00 AM

In the present study, the main purpose was the fabrication and characterization of pure tin oxide (SnO2) and Fluorine doped Tin Oxide (FTO) thin layer by spray pyrolysis technique, which is one of the transparent conducting oxides (TCO) and is used as a transparent electrode in solar cells electrodes. For the deposition of these films, Tin(IV) chloride pentahydrate (SnCl4.5H2O) and ammonium fluoride (NH4F) were used as Sn and F precursor with F / Sn ratio equal to 0, 10, 15, 20, 25, and 30% by weight percent. Also, nickel and cobalt cationic dopants were added to the FTO film using their chloride in Ni / Sn and Co / Sn ratios in the range of 0 to 4 wt%, and their effects on the film properties were investigated. The deposition temperature varied in the range of 400 to 500°C and the effect of these changes were investigated. Structural, morphological, optical and electrical studies of the films were performed by X-ray diffraction (XRD) analysis, field emission electron microscopy (FE-SEM), visible spectrophotometry and four-point measurement. In this study, completely dense films with uniform thickness were deposited. Depending on the amount of dopants used in the solution as well as the deposition temperature, the amount of optical transmission and electrical resistance of the films varied. The highest transmission in the visible region was observed in the pure tin oxide sample which was about 84% and the lowest sheet resistance was 6.8 Ω/□ which was related to the sample with 20% by weight of fluorine, 2% by weight of cobalt and nickel which is deposited at 500℃, and the optical transmission in the visible region of this sample was about 75%, which make this film a suitable option as a transparent conductive electrode in solar cells. Keywords: Thin Film, Transparent Conductive Oxide, FTO, Spray pyrolysis