أخبار ar.wedoany.com، طوّر فريق بحثي من كلية شرطة شاندونغ الصينية (Shandong Police College) طريقة معالجة كيميائية ناعمة جديدة تهدف إلى تحسين كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من النحاس-زنك-قصدير-سيلينيوم (CZTSe).
أشار الفريق البحثي إلى أن آلية معالجة خلايا CZTSe الشمسية بالمعادن القلوية لا تزال بحاجة إلى مزيد من الدراسة المتعمقة. فالمعالجة بالصوديوم أو البوتاسيوم تحسّن أداء الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بشكل ملحوظ، من خلال تخميل سطح الطبقة الماصة، وتقليل عيوب الحدود الحبيبية، وتحسين جودة البلورات، وزيادة تركيز حاملات الشحنة، مما يؤثر تأثيراً كبيراً على أداء الخلية.
تعتمد هذه الطريقة على معالجة الطبقة الماصة بمحلول فلوريد البوتاسيوم (KF). قام الفريق البحثي بتصنيع خلايا CZTSe على ركيزة من زجاج الصودا والجير (SLG) المطلي بطبقة تماس خلفية من الموليبدينوم (Mo)، حيث تم ترسيب طبقات أولية من النحاس (Cu) والزنك (Zn) والقصدير (Sn) باستخدام تقنية الترسيب بالرش المهبطي المغناطيسي، مع ضبط التركيب ليكون فقيراً بالنحاس وغنياً بالزنك. بعد ذلك، تم غمر الطبقة الأولية في محلول KF بتركيزات 0 أو 3 أو 6 أو 9 ملليمول/لتر لمدة 20 دقيقة، ثم تجفيفها عند درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة.
تمت بعد ذلك معالجة العينات بالسلينة (Selenization) في جو من السيلينيوم عند درجة حرارة 550 درجة مئوية لتكوين الطبقة الماصة CZTSe. واكتمل تصنيع الخلية بترسيب طبقة عازلة من كبريتيد الكادميوم (CdS) بسمك 50 نانومتر، بالإضافة إلى طبقات من أكسيد الزنك النقي (i-ZnO)، وأكسيد الزنك المشوب بالألمنيوم (AZO)، وأقطاب تماس أمامية من النيكل/الألمنيوم (Ni/Al). وكان الهيكل النهائي للخلية هو SLG/Mo/CZTSe/CdS/i-ZnO/AZO/Ni:Al.
بعد التصنيع، قام الفريق بتوصيف الخلايا باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، وقياسات كثافة التيار-الجهد (J-V)، وقياسات كفاءة الكم الخارجي (EQE)، وقياسات السعة-الجهد (C-V). أظهرت النتائج أن أداء CZTSe تحسن عند زيادة تركيز KF إلى القيمة المثلى وهي 6 ملليمول/لتر، لكن زيادته إلى 9 ملليمول/لتر أدى إلى تدهور الأداء.
حققت الخلية المعالجة بـ 6 ملليمول/لتر من KF كفاءة قدرها 8.04%، وجهد دائرة مفتوحة قدره 0.392 فولت، وكثافة تيار دائرة قصر قدرها 34.3 مللي أمبير/سم²، وعامل تعبئة قدره 59.7%. في المقابل، كانت القيم المقابلة للخلية المرجعية غير المعالجة بـ KF هي 6.59%، و0.332 فولت، و33.7 مللي أمبير/سم²، و58.8% على التوالي.
لدراسة الآلية الكامنة وراء ذلك، استخدم الفريق برنامج المحاكاة wxAMPS لدراسة تأثير عيوب الوصلة وكثافة حاملات الشحنة على أداء الخلية. من خلال تغيير المعاملات، تبين أن تقليل عيوب الوصلة يمكن أن يحسن الكفاءة وجهد الدائرة المفتوحة بشكل ملحوظ عن طريق تثبيط إعادة اتحاد حاملات الشحنة، بينما تؤدي زيادة كثافة حاملات الشحنة إلى خفض الأداء.
خلص الفريق البحثي إلى أن البوتاسيوم يعزز نمو حبيبات CZTSe أثناء عملية السلينة عند درجات الحرارة العالية، ويقلل من تكوين الفراغات أثناء نمو الغشاء الرقيق. كما أن المعالجة الناعمة بـ KF توفر مصدراً إضافياً للبوتاسيوم، مما يثبط بشكل فعال تحلل السطح، وخاصةً يقلل من فقدان القصدير عن طريق تقليل امتصاص SnSe(g)، وبالتالي تحسين الوصلة CdS/CZTSe.
نُشرت هذه النتائج في دورية "Materials Today Communications" تحت عنوان "هندسة الوصلة بمعالجة البوتاسيوم لتنظيم حاملات الشحنة في خلايا CZTSe الشمسية عالية الكفاءة" (Potassium processing interface engineering for carrier regulation of efficient CZTSe solar cells).
تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com
