تصنيع ودراسة خصائص كاشف ضوئي وخلية شمسية لاغشية CuO الرقيقة == Fabrication and Study Properties Photodetector and solar cell CuO Thin film
Author name:
هبة ممتاز علي
Supervisor name:
سمير عطا مكي
General topic:
Physics
Specific topic:
Thin Films
Degree:
Master
University:
University of Baghdad - Ibn Al-Haytham College Of Education For Pure Sciences - Physics Department
Language:
Arabic
University location:
Baghdad
First pages:
26T1970 - p.pdf
Abstract:
في هذا البحث , تم تصنيع كاشف ضوئي وخلية شمسية من مادة اوكسيد النحاس CuO)) ثم دراسة خصائصه والمحضرة من ترسيب اغشية (CuO) النقية ,وبسمك مختلف 400,350,300,250) nm) بطريقة التبخير الحراري في الفراغ اذ تم تحضير هذه الاغشية بترسيب معدن النحاس النقي (Cu) على قواعد زجاجية وسيليكونية بدرجة حرارة الغرفة (300)K، ومن ثم اكسدة هذه الاغشية المحضرة بدرجة حرارة (300)ºC لمدة ساعة كاملة بوجود تدفق الهواء. اظهرت نتائج فحوصات حيود الاشعة السينية (XRD) ومجهر القوة الذرية (AFM) ان جميع الاغشية المحضرة من النوع متعدد التبلور وذات اتجاهية (111) , (1 ̅11) ان الحجم الحبيبي متجانس ومنتظم ومعدل خشونة السطح RMS)) يزداد بزيادة السمك . عند اجراء قياسات الخواص البصرية تبين ان لاغشية (CuO) امتصاصية عالية في مدى الاطوال الموجية للمنطقة المرئية nm(700 - 400), ان كلتا قيمتي النفاذية وفجوة الطاقة يتناقصان من (1.8 - 1.4 eV) بالاعتماد على زيادة السمك للاغشية المحضرة.اظهرت القياسات الكهربائية للاغشية المحضرة تغير المقاومية الكهربائية كدالة لتغير درجة الحرارة ضمن المدى الحراري (303 - 423)K ، حيث التوصيلية تزداد بزيادة كل من درجة الحرارة والسمك وتبين من خلال قياسات تاثير هول ان نوع التوصيلية لاغشية مادة CuO من النوع الموجب - القابل (p - type), , تزداد تركيز حاملات الشحنة وتقل التحركية بازدياد السمك. اظهرت نتائج قياسات (تيار - جهد) في حالة الظلام للكاشف الضوئي المحضر تم حساب عامل المثالية للكواشف المصنعة اذ وجدنا انها تزداد بزيادة السمك , اذ بلغ اقل قيمة له (3.431) عند سمك nm (300), وجدنا ان الاستجابة الطيفية للكواشف المصنعة تعمل ضمن المنطقة الطيفية (400 - 900)nm مع وجود قمتين للكاشف ( - CuO/n - Sip) ، تظهر القمة الاولى عند الطول الموجي (688)nmاي ضمن منطقة المدى المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي , والقمة الثانية عند الطول الموجي (810)nm اي ضمن منطقة مدى الاشعة تحت الحمراء القريبة, وكذلك الحال لبقية الكواشف المصنعة مع حدوث ازاحة طيفية في قمة الاستجابة الاولى ضمن المنطقة المرئية عند زيادة السمك . ولوحظ ان افضل نتائج الكواشف الضوئية المحضرة كانت عند سمك nm(300) حيث بلغت اعلى قيمة للاستجابة الطيفية 0.68)A/W), والكشفية النوعية كانت بحدود 1012 6.808)cm.Hz1/2.W - 1) عند الطول الموجي nm(708)، واعلى زمن فترة حياة الحاملات μ sec (10) , والتي تم الحصول عليها عند درجة حرارة الغرفة .في هذا البحث تم تصنيع خلية شمسية من المفرق الهجين (p - CuO/n - Si) المحضر من ترسيب اغشية ( (CuOالمحضرة بسمك مختلف بطريقة التبخير الحراري في الفراغ على قواعد سيليكونية احادية البلورة باتجاهية (111) من النوع (p - type) كما اظهرت خصائص (تيار الدائرة القصيرة وفولتية الدائرة القصيرة ) في حالة الاضاءة ان الخلية الشمسية ذات سمك nm((300 تمتلك اعلى قيم للكفاءة مقارنة بقية الخلايا الشمسية الاخرى ، اذ بلغت الكفاءة التحويلية (η=5.9%) في حالة الظلام, ان المفرق المصنع هو من النوع الحاد، ولوحظ تناقص السعة بزيادة كل من جهد الانحياز العكسي والسمك في حين يزداد عرض منطقة النضوب وقيمة جهد البناء الداخلي بزيادة السمك | In this research photodetector and solar cell fabrication from copper oxides (CuO) its properties were studied, which prepared by deposition CuO at different thickness (250,300,350 and 400)nm via thermal evaporation under vacuum method These films have been prepared by (Cu) Pure metal was deposited on glass and silicon substrate in room temperature (300K) and then oxidation prepared (Cu) films at temperature (300)ºC for one hour with exist air flow. The XRD investigation showed that all the films and atomic force microscopy properties (AFM), that all prepared films are polycrystalline with preferred orientation along (1 ̅11),(111) plane for all films that grain size all the films were homogeneous and smooth and root mean square )RMS) rise increases thickness.The optical measurements showed that the thin films (CuO) high absorbency over the visible region wavelength of (400 - 900)nm ,transmission and the optical energy band gap decrease from (1.8 - 1.4) eV with the increase thin film thickness.The electrical measurements showed variation of the resistivity as a function of temperature in the range (303 - 503)K ,The results showed that increasing in electrical conductivity with increasing both temperature and thickness , observe the Hall effect were (n - type) semiconductor and , also the value of Hall coefficient increasing thickness with increasing the increasing concentration and decrease mobility increasing thickness.The I - V characteristics measurements showed of prepared detectors under dark calculate the ideality factor detectors fabricated find increasing with increasing thickness then value less (3.431) on thickness (300nm) ,found the detectors fabricated showed a range of spectral responsively between (400 - 900) nm with two peaks (p - CuO/n - Si) one peak at (688)nm wavelength - visible region, while the second peak at (810)nm wavelength - IR region The same response for the detectors fabricated with wavelength shifted in the first peak response within IR region and The response time increase with increase thickness The good result of the spectral responsively found at thickness (300)nm which has a peak response about (0.68) A/W and a specific detectivity of )6.808) cm.Hz1/2.W - 11012at (861) nm wavelength with Maximum carrier life time which thickness (300)nm about (10) µ sec obtained at room temperature In this research was solar cell fabricated from (p - CuO/n - Si) heterojunction which prepared from deposited films by using thermal evaporation technique from (CuO) with different thickness, and different (p - type) single crystal silicon substrate with orientation (111). All illumination and (Short Circuit Current and Open Circuit Voltage) characteristics measurements showed solar cell with (300)nm thickness have higher efficiency among other cells, the efficiency (η) value from (η =5.9%) that the heterojunction is abrupt. The capacitance decreases with increasing reverse bias voltage, also with increasing thickness.The width of depletion layer and the value of built - in potential increases with increasing of thickness
