การเตรียมฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ โดยวิธีการระเหยร่วม และการศึกษาลักษณะเฉพาะของฟิล์ม

Abstract

ฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ แบบผลึกพหุได้เตรียมลงบนแผ่นวัสดุรองรับที่ร้อนด้วยวิธีเคลือบไอแบบกายภาพจากระบบแหล่งระเหยธาตุ 4 แหล่ง ภายใต้สุญญากาศในระดับ 10-6 มิลลิบาร์ แผ่นวัสดุรองรับเป็นกระจกโซดาไลม์ที่ถูกเคลือบโมสิบนัมหนา 1 ไมครอน ด้วยวิธีดีซีสปัตเตอริง ฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ ถูกเตรียมขึ้นด้วยกระบวนการที่เรียกว่า กระบวนการ 2 ชั้น โดยชั้นแรกเป็นชั้นที่มี Cu มาก จะถูกเคลือบในอัตราส่วน Cu/(In+Ga) > 1 และจะเคลือบต่อเนื่องจนถึงชั้นที่สองที่มีเฉพาะ In Ga และ Se อุณหภูมิของแหล่งระเหย Cu In Ga และ Se คงที่ตลอดการเตรียมทั้งสองชั้น โดยในชั้นที่สองไม่มีการระเหย Cu ตลอดกระบวนการเตรียมใช้อัตราส่วน Se/(Cu+In+Ga) > 3 ขนาดเกรนและลักษณะผิวหน้าของฟิล์มบางตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน โครงสร้างผลึกของฟิล์มบางตรวจสอบด้วยวิธีเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ สัดส่วนอะตอมของฟิล์มบางตรวจสอบด้วยวิธี Energy-Dispersive ₓ-ray Spectrometry พบว่าฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ มีความหนาประมาณ 2.5 ไมครอนขนาดเกรนประมาณ 1 ไมครอน และสัดส่วนอะตอมอยู่ในช่วง 0.56≤Cu/(In+Ga) ≤ 1.01 และ 0.18 ≤ Ga/(In+Ga) ≤ 0.55 มีโครงสร้างผลึกแบบซาลโคไพไรต์ ค่าคงตัวแลตติซ a=5.660-5.797 อังสตรอม และ c=11.329-11.615 อังสตรอม แสดงทิศทางของระนาบ (112) เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ เตรียมขึ้นมาโดยเคลือบ CdS หนา 50 nm ด้วยวิธีเคลือบแบบอาบสารเคมีเป็นชั้นกันชนบนฟิล์มบาง Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ แล้วเคลือบตามด้วยฟิล์มบางโปร่งใสนำไฟฟ้า ZnO(AI) หนา 500 nm ด้วยวิธีอาร์เอฟสปัตเตอริง จากนั้นระเหย Al(Ni) ทำเป็นขั้วไฟฟ้าเพื่อวัดลักษณะเฉพาะของกระแสและความต่างศักย์ของเซลล์แสงอาทิตย์ Al(Ni)/ZnO(Al)/ZnO/CdS/ Cu(ln₁_ₓGaₓ)Se₂ /MO/SLG โดยวัดที่การฉายแสงมาตรฐาน AM1.5 ความเข้ม 100 mW/cm² เซลล์ที่ดีที่สุดมีพื้นที่รวม 0.49 cm² มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า 8.9% ความต่างศักย์วงจรเปิด 0.6 โวลต์ กระแสไฟฟ้าลัดวงจร 27.2 mA/cm² และฟิล์มแฟตเตอร์ 54.7%