سنتز لايه هاي نازك اكسيد روي با روش سل- ژل و كاربرد آن براي بهبود كارايي سلول هاي خورشيدي سيليكوني

Synthesis of zinc oxide films by sol-gel method and its application to improve the efficiency of silicon solar cells

در اين تحقيق لايه نازك اكسيدروي(ZnO) به عنوان لايه ضد‌بازتاب به روش سل-ژل و با استفاده از تكنيك پوشش‌دهي چرخشي بر روي سيليكون p-n لايه‌نشاني، و اثر آن به عنوان لايه ضد‌‌بازتاب در سلول خورشيدي و افزايش راندمان سلول خورشيدي مورد توجه و بررسي قرار گرفت. در اين روش از استات‌روي دوآبه به عنوان پيش ماده، و از مونواتانول آمين(MEA) و دي‌اتانول آمين(DEA) به عنوان پايدار‌كننده ، و از تركيبات دو‌متوكسي‌اتانول، ايزو پروپيل‌الكل و اتانول به عنوان حلال استفاده شد. بعد از لايه‌نشاني، نمونه ها توسط سشوار صنعتي در دماي150 درجه سانتيگراد به مدت 10 دقيقه پيش حرارت داده شد و سپس نمونه ها در دماي 470 درجه سانتيگراد به مدت يك ساعت در داخل كوره الكتريكي حرارت داده شدند و سپس اتصالات فلزي پشت (Al) و اتصالات فلزي جلوي سلول خورشيدي(Ag) را به ترتيب با روش PVD و تكنيك چاپ سطحي (شابلوني) بر روي سلول خورشيدي نصب گرديد. براي مشخصه‌يابي لايه هاي نازك ZnO از پراش اشعه ايكس ( XRD)، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني ( FESEM) و از دستگاه پراب چهار نقطه اي براي اندازه گيري مقاومت سطحي نمونه‌ها كمك گرفته شد. همچنين براي بررسي خواص الكتريكي و تعيين پارامترهاي قطعه سلول خورشيدي از دستگاه شبيه ساز خورشيدي استفاده شد. نتايج حاصل نشان دادند كه نانو ساختار ZnO با ساختار شش گوشي با اندازه 30-50 نانومتر بر روي سطح سيليكون تشكيل شده و بعنوان يك لايه ضدبازتاب باعث شده كه راندمان سلول خورشيدي سيليكوني افزايش يابد.

In this research, the use of ZnO thin films, as anti-reflective layers of solar cells, is presented. The thin films were synthesized through a sol-gel method and then deposited on a P-N silicon substrate using the spin coating technique. The effect of the ZnO thin films on the efficiency of a solar cell piece was then investigated. To synthesize the ZnO films, zinc acetate dihydrate was used as the precursor, monoethanolamine (MEA) was employed as the stabilizer, and 2-methoxyethanol was used as the solvent. also in order to investigate the effect of concentration of sol-gel solution in formation of ZnO nanoparticles, samples with various concentrations were prepared and after deposition, solar cell piece was fabricated. The ZnO thin films prepared were characterized using X-ray diffraction and field emision-scanning electron microscopy, and a four-point probe was used to measure the surface resistance of the sample. Moreover, to evaluate the electrical properties of the solar cell piece, first, the back and front metal connections of the solar cell were installed using the stencil silk-screen printing method and then a solar simulator was used. The obtained results indicated that the nano-structured ZnO films with hexagonal crystallites and 30-50 nm particle sizes were successfully formed on the silicon substrate. Also, the observations unraveled that the coated ZnO films could act as an anti-reflection films and improved the efficiency of silicon solar cells. In addition, the results showed that the concentration of the sol-gel solution can have a considerable effect on the efficiency of the silicon solar cell.