ارزیابی لایه نازک کربن شبه الماسی اعمال شده به روش رسوب شیمیایی بخار تقویت شده با پلاسما بر عملکرد سلول خورشیدی سیلیکونی
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نویناکبر اسحاقی 1 , فخرالدین مجیری 2 , اسماعیل کرمی 3
1 - استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران.
2 - کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران.
3 - کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران.
کلید واژه: سلول خورشیدی, لایه نازک, کربن شبه الماسی, PECVD,
چکیده مقاله :
در این بررسی لایه نازک کربن شبه الماسی بر سلول خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال نوع P با استفاده از دو گاز هیدروژن و متان به روش رسوب شیمیایی بخار تقویت شده به کمک پلاسما با منبع تغذیه فرکانس رادیویی (RF-PECVD) اعمال گردید. سپس چسبندگی پوشش به زیرلایه، ساختار کریستالی، نوع پیوندها، نسبت هیبریداسیون SP2 به SP3، توپوگرافی و مورفولوژی سطح پوشش به ترتیب به وسیله روشهای آزمون نوار چسب، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، طیف سنجی رامان، میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه منحنیهای ولتاژ-جریان نمونههای سیلیکونی در دو حالت بدون پوشش و با پوشش کربن شبه الماسی به وسیله I-V meter اندازهگیری شد و بازدهی تعیین شد. نتایج نشان داد با اعمال پوشش کربن شبه الماسی رافنس سطح کاهش یافته است. همچنین، نتایج آزمون اندازه گیری جریان –ولتاژ نشان داد با اعمال لایه نازک کربن شبه الماسی بازدهی سلول خورشیدی حدود 37% مقدار اولیه افزایش یافت.
1- کرمی، لایه نشانی و ارزیابی اثرات لایه نازک کربن شبه الماسی بر عملکرد سلولهای خورشیدی سیلیکونی در شرایط شبیه سازی شده، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد (شناسایی و انتخاب مواد)، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1392.
2- V.I. Gavrilenko, A.M. Grekhov, D.V. Korbutyak, and V.G. Litovchenko, “Optical Properties of Semiconductors. Naukova Dumka”, Kiev, 608 p, 1987.
3- J. Zhao and M. Green, “Optimized Antireflection Coatings for High-Efficiency Silicon solar cells”, IEEE Transactions on Electron Devices,Vol. 38, pp. 1925—1934, 1991.
4- ن. معنوی زاده، ا. اصل سلیمانی، ه. ملکی و ر. افضل زاده، بررسی خواص نوری لایه های نیترید سیلیکون لایه نشانی شده به شیوه کندوپاش RF در محیط پلاسمای آرگن ، سیزدهمین کنفرانس اپتیک و فوتونیک ایران، 1385.
5- J. Robertson, “Diamond-like Amorphous Carbon”, Materials Science and Engineering R 37, pp. 129-281. 2002.
6- W. Seok Choi, K. Kim, J. Yi, and B. Hong, “Diamond-like Carbon Protective Anti-Reflection Coating for Si Solar Cell”, Materials Letters, Vol. 62, pp. 577–580, 2008
7- ف. مجیری، لایه نشانی و ارزیابی اثرات لایه نازکDLC بر بهبود عملکرد سلولهای خورشیدی سیلیکونی، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد (شناسایی و انتخاب مواد)، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1392.
8- D. Skoog, J. Holer, and S. Crouch, “Principles of Instrumental Analysis”, 6rd Edition, Broks Cole, USA, 2006.
9- J. R. Ferraro, and K. Nakamoto, “Introductory Raman Spectrocpy”, 2nd Edition, Elsevier Science, USA 1994.
10- V. S. Yadav, D. K. Sahu, M. Singh, and Kuldeep Kumar, “Study of Raman Spectra of Nano-Crystalline Diamond Like Carbon (DLC) Films Composition (sp2:sp3) with Substrate Temperature”, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science 2009.
11- J. Robertson, “Properties of Diamond-Like Carbon, Surface and Coatings Technology”, Vol. 50, pp. 185–203, 1992.
12- X. Liua, L. Wanga, J. Pua, and Q. Xuea, “Surface Composition Variation and High-Vacuum Performance of DLC/ILs Solid–Liquid Lubricating Coatings: Influence of Space Irradiation”, Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 8289– 8297, 2012.
13- L. V. Santos, V. J. Trava-Airoldi, E. J. Corat, J. Nogueira, and N. Leite, “DLC Cold Welding Prevention Films on a Ti6Al4V Alloy for Space Applications”, Surface & Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2587–2593, 2006.
14- X. Liu, L. Wang, and Q. Xue, “High Vacuum Tribological Performance of DLC-Based Solid–Liquid Lubricating Coatings: Influence of Atomic Oxygen and Ultraviolet Irradiation”, Tribology International, Vol. 60, pp. 36–44, 2013.
15- F. Tuinstra, and J. L. Koenig, “Raman Spectrum of Graphite”. Journal of Physical Chemistry Vol. 53, pp. 1126–1130, 1970.
16- C. Castiglioni, E. Di Donato, M. Tommasini, F. Negri, and G. Zerbi, “Multi-Wavelength Raman Response of Disordered Graphitic Materials: Models and Simulations”, Synthetic Metals, Vol. 139, pp. 885-888, 2003.
17- S. Piscanec, M. Lazzeri, F. Mauri, A. C. Ferrari, and J. Robertson, Physical Review Letters. Vol. 93, pp. 185, 2004.
18- C. Mapelli, C. Castiglioni, G. Zerbi, and K. Mullen, “Common Force Field for Graphite and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, Physical Review B, Vol. 60, pp. 12710-12725, , 1999.
19- Z. Y. Chen, J. P. Zhao, T. Yano, T. Ooie, M. Yoneda, and J. Sakakibara, “Observation of sp3 Bonding in Tetrahedral Amorphous Carbon Using Visible Raman Spectroscopy”, Journal of Applied Physics, Vol. 88, pp. 2305–2308, 2000.
20- A. C. Ferrari,and J. Robertson “Interpretation of Raman Spectra of Disordered and Amorphous Carbon”, Physical Review B, Vol. 61, pp. 14095–107, 2000.
[21] J. C. Sanchez-Lopez, A. Erdemir, C. Donnet, “Chemical Vapor Deposition of Ruthenium on NiCoCrAlYTa Powders Followed by Thermal Oxidation of the Sintered Coupons”, Surface and Coatings Technology;Vols. 163–164, pp.444–50, 2003.
22- A. C. Ferrari, “Determination of Bonding in Diamond-Like Carbon by Raman Spectroscopy”, Diamond and Related Materials, Vol. 11, pp. 1053–1061, 2002.
23- R. Gottimukkala, “Growth and Characterization of Diamond and Diamond Like”, Master Thesis, University of South Florida, 2005.
24- C. R. Lin, D .H. Weia, C. K. Chang, and W. H. Liao, “Optical Properties of Diamond-Like Carbon Films for Antireflection Coating by RF Magnetron Sputtering Method”, Physics Procedia, Vol. 18, pp. 46 –50, 2011.
25- S. V. Hainsworth, “Diamond-Like Carbon Coatings for Tribology: Production Techniques Characterization Methods and Applications”, Master Thesis, University of Leicester, 2007.
26-0ن. خدایار، ساخت لایههای نازک کربن شبه الماسی به روش RF-PECVD در مخلوطی از پلاسمای بوتان، پروپان و نیتروژن، پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه الزهراء، 1384.
27- K. A. Hamouda, A. Ababou, M. Ouchabane, N. Gabouze, S. Belhousse, H. Menari, and K. Beldjilali, “Study of Optical Properties of Diamond-Like Carbon/Porous Silicon Antireflective Coating Layers for Multicrystalline Silicon Solar Cell Applications”, Vacuum, Vol. 81 , pp. 1472–1475, 2007.
28- J. Coates, “Interpretation of Infrared Spectra, a Practical Approach”, Wiley, 2000.
29- M. Allon, J. Appelbaum, M. Maharizi, A. Seidaman, and N. Croitoru, “The Influence of Diamond-Like Carbon Films on the Propertise of Silicon Solar Cells”, Thin Solid Films, Vol. 303, pp.273-276, 1997.
30- B. kov, P. S. adek, P. Stahel, and L. Zajckov, “Improvement of the Efficiency of the Silicon Solar Cells by Silicon Incorporated Diamond-Like Carbon Antireflective Coatings”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 299–302, pp. 1147-1151, 2002.http://database.irandoc.ac.ir/researchers/97497
31- H. Zhu, J. Wei, K. Wang, and D. Wu, “Applications of Carbon Materials in Photovoltaic Solar Cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 93, pp. 1461-1470, 2009.