بهبود عملكرد سلول خورشيدي CuInS2 ساخته‌شده مبتني بر محلول با بهينه‌سازي شرايط لايه نشاني فيلم جاذب

Performance Improvement in Solution Based CuInS2 Solar Cell by Optimizing the Absorber Layer Deposition

در اين پژوهش، سلول‌هاي خورشيدي لايه ­نازك (CIS)CuInS2 مبتني بر محلول با ساختار glass/FTO/TiO2/In2S3/CIS/Carbon، از جوهر نانوذرات CIS ساخته شدند. تمامي لايه‌هاي سلول، به روش غير خلاء و از محلول، لايه­نشاني شدند. لايه جاذب CIS كه مهمترين قسمت سلول را تشكيل مي‌دهد به روش قطره‌اندازي از جوهر نانوذرات CIS پخش شده در DMF و عمليات حرارتي در دماي 250 درجه سلسيوس، لايه نشاني شد. مشخصه‌يابي پراش پرتو ايكس (XRD) و جذب اپتيكي نشان داد كه فيلم حاصل، خالص بوده و از بلورينگي مناسب و جذب بالا در ناحيه مرئي برخوردار است. تصاوير ميكروسكوپي لايه CIS، وجود ترك و ناپيوستگي در لايه را نشان داد. ناپيوستگي و ترك در لايه جاذب، اثر مستقيمي بر عملكرد سلول دارد و مانع انتقال مناسب حامل‌هاي بار است. غيريكنواختي در لايه جاذب، با كنترل فشار بخار حين حرارت‌دهي جوهر نانوذرات، كاهش يافت و در نتيجه، لايه جاذب پَكيده‌تر شد. بهينه‌سازي شرايط لايه­ نشاني فيلم جاذب، به افزايش 136 درصدي در بازدهي سلول از 2/2 به 5/2 درصد منجر شد.

In this research, solution based CuInS2 (CIS) thin film solar cell with glass/FTO/TiO2/In2S3/CIS/Carbon structure fabricated from CIS nanoparticle ink. The CIS absorber layer, which is the most important part of the cell, is deposited by drop casting CIS nanoparticle ink dispersed in DMF followed by heat treatment to 250 °C. X-Ray diffraction (XRD) of the absorber layer shows respectable crystallinity with pure chalcopyrite phase. UV-Vis spectrum of the CIS nanoparticle ink confirms high optical absorption in visible wavelengths. Micrographs of the CIS layer show obvious voids and discontinuity in the layer. The discontinuity in the absorber layer has direct impact on the cell performance. In the absence of a packed absorber layer, the charge carriers’ transfer reduces significantly. The absorber layer’s morphology has been improved by controlling the vapor pressure during heat treatment. As a result, the absorber layer changes to a more packed structure with fewer voids. Optimization of the absorber layer deposition leads to and efficiency is enhancement of 136 % from 2.2 % to 5.2 %.