تصنيع وتقييم خلية شمسية هجينة خلال رسالة ماجستير في كلية العلوم

ناقشت طالبة الماجستير نورا جميل حنتاو من قسم علوم الفيزياء رسالتها الموسومة
“تصنيع وتقييم خلية شمسية هجينة من غشاء رقيق CuIn0.7Ga0.3Se2)) مرسب على أرضية سيليكون ودراسة الخواص الفيزيائية والكفاءة” “Fabrication and Evaluation of Hybrid Solar Cell of Thin Film (CuIn0.7Ga0.3Se2) Deposited on c-Si wafer with the Study of Physical Properties and Efficiency” والتي جرت على قاعة المؤتمرات في كلية العلوم يوم الخميس 11/1/2018م.
وقالت الطالبة انها حضرت سبيكة للمركب الرباعي (CIGS) على وفق الصيغة الكيميائية (CuIn1-xGaxSe2) لقيمة (x=0.3) بصهر عناصر السبيكة في أنبوب مفرغ من الكوارتز تحت ضغط (2×10-3mbar)عند درجة حرارة ((1100oC، وبإجراء فحص حيود الأشعة السينية لمسحوق السبيكة المحضرة تبين أنها تمتلك تركيبا متعدد التبلور من النظام البلوري الرباعي (Tetragonal) مع هيمنة الاتجاه (112). وقامت بترسيب أغشية (CIGS) من السبيكة المحضرة وباسماك مختلف (500 and 1000) nm باعتماد تقانة التبخير الحراري في الفراغ عند درجة حرارة الغرفة على قواعد من الزجاج بدرجات حرارة تلدين K (373,473,573) وذلك لدراسة الخصائص التركيبية والبصرية والكهربائية وعلى قواعد سليكونية, زجاجية وITO لتصنيع الخلايا الشمسية بمعدل ترسيب (40-50) nm.min-1.
وأضافت انها قامت بترسيب أغشية (CdS) بسمك (200) nm عند درجة حرارة الغرفة على قواعد من الزجاج اذ بينت نتائج حيود الأشعة السينية أن لأغشية (CIGS) بسمك 500nmعند درجة حرارة الغرفة وعند (373K) كانت عشوائية، بينما عند درجة حرارة تلدين (473 and 573K) كانت ذات تركيب متعدد التبلور وكل القمم عند (573K=Ta) كانت متطابقة مع CIGS القياسية بينما عند (473K=Ta) أظهرت قمة اخرى متطابقة مع طور CuSe والقمم الاخرى متطابقة مع CIGS القياسية, بينما بينت نتائج حيود الأشعة السينية أن كل أغشية (CIGS) بسمك 1000nm كانت ذات تركيب متعدد التبلور وكل القمم عند (573K=Ta) كانت متطابقة مع CIGS القياسية بينما عند (373,473K=R.T ,Ta) أظهرت قمة اخرى متطابقة مع طور CuSe والقمم الاخرى متطابقة مع CIGS القياسية, وبينت انها أيضا اعتمدت تقانة (AFM) لدراسة طوبوغرافية السطح وتحديد خشونة السطح، اذ بينت النتائج انه بزيادة سمك الغشاء وزيادة درجة حرارة التلدين يزداد تجانس السطح نتيجة لزيادة الحجم الحبيبي الذي يؤدي لنقصان الحدود الحبيبية.
بالاضافة الى قيامها بدراسة الخصائص التركيبية لغشاء CdS عند درجة حرارة الغرفة اذ بينت نتائج حيود الأشعة السينية أن اغشية (Cds) بسمك 200nmعند درجة حرارة الغرفة كانت ذات تركيب متعدد التبلور وكل القمم كانت متطابقة معCdS القياسية.
وخلصت قياسات الخواص البصرية أن أغشية (CIGS) ذات امتصاصية عالية للأطوال الموجية في المنطقة المرئية (500-700)nm . اذ حسبت فجوة الطاقة ذات الانتقال المباشر المسموح، وان قيمة هذه الفجوة تتزايد مع تزايد كل من درجة حرارة التلدين والسمك، حيث ازدادت من (1.60 eV) الى1.84eV) ) بزيادة درجة حرارة التلدين من (R.T to 573K) ، ومن (1.79) eV الى (1.87)eV لسمك (500nm) (1000nm) على الترتيب، كذلك قامت بحساب النفاذية والثوابت البصرية والتي اشتملت: معامل الامتصاص، معامل الانكسار، معامل الخمود وثابت العزل بجزأيه الحقيقي والخيالي والتي اظهرت زيادة منتظمة مع كل من درجة حرارة التلدين والسمك , اذ أوضحت قياسات الخواص البصرية أن غشاء (CdS) ذات نفاذية عالية في المنطقة المرئية حوالي 74% . وتم حساب فجوة الطاقة ذات الانتقال المباشر المسموح، وان قيمة هذه الفجوة (2.4 eV) ,كذلك تم حساب الثوابت البصرية وأظهرت قيـاسات الخصائص الكـهربائية لأغشية (CIGS) أن كافة الأغشية تمتلك آليتين للانتقال الالكتروني، أي طاقـتي تنشيط، طاقة التنشيط الأولى ضمن المدى الحراري (303-393K) و (293-363K)وطاقة التنشيط الثانية للمدى الحراري (393-473) و (363-433) لسمك 500nm و 1000nmعلى الترتيب. وبينت نتائج تأثير هول أن أغشية (CIGS) كافة هي من النوع (P-type) ما عدا غشاءCdS) ) من النوع (n-type)، وان تحركية هول تقل بزيادة السمك ودرجة حرارة التلدين، وان تركيز حاملات الشحنة يزداد بزيادة كل من السمك ودرجة حرارة التلدين .
وتم في هذا البحث ايضا تصنيع ستة نماذج من الخلايا الشمسية من ترسيب اغشيةCIGS على قواعد سيليكونية مكونة من المفارق الهجينة (Si/CIGS/CdS) واخرى على قواعد زجاجية (glass/CIGS/CdS) وكذلك زجاج ITO للمفارق الهجينة (ITO/CdS/CIGS) المرسبة بتقنية التبخير الحراري بسمك (500 and 1000nm) على الترتيب.
واظهرت خصائص تيار- جهد في حالة الاضاءة للمفارق الهجينة المحضرة بان افضل مفرق لتصنيع خلية شمسية كان للمفرق المحضر بسمك1000 nm على القواعد الزجاجية اذ بلغت الكفاءة التحويلية 3.9%)) .
علما ان الدراسة اجريت تحت اشراف مشترك من قبل الاستاذ المساعد الدكتور محمد عبدالحر كاظم من كلية العلوم جامعة كربلاء ورئيس باحثين اقدم من وزارة العلوم والتكنلوجيا وان لجنة المناقشة كانت مؤلفة من الاستاذ الدكتور ناهدة بخيت حسن من كلية العلوم جامعة بابل والاستاذ المساعد الدكتور عادل حبيب عمران من كلية العلوم جامعة الكوفة والاستاذ المساعد الدكتور نورا جواد رضا من كلية العلوم جامعة كربلاء.