Share
استقصاء خصائص المفرق الهجيني Cd1 - xZnxS/Si للتطبيقات الفوتوفولتائية == Investigation of Cd1 - xZnxS/Si Heterojunction Properties for Photovoltaic Applications
Author name:
رسل عبد الامير غازي مصحب
Supervisor name:
ناهدة بخيت حسن
General topic:
Physics
Specific topic:
Physics
Degree:
Doctorate
University:
University of Babylon - College Of Science - Physics Department
Language:
English
University location:
Babylon
First pages:
26T1662 - p.pdf
Abstract:
تم تحضير اغشيةCd1 - xZnxS باستخدام تقنية الرش الكيميائي الحراري وهي طريقة سهلة الاستخدام ومناسبة للترسيب على مساحات كبيرة . استخدمت خلات الكادميوم المائية كمصدر للحصول على الكادميوم وخلات الخارصين المائية كمصدر للحصول على الخارصين والثيوريا مصدر للحصول على الكبريتيد. تم تحضير مزيج الاغشية Cd1 - xZnxS بنسب حجمية مختلفة من (x) 0,0.2 ,0.4 ,0.6 ,0.8 ,1] [x= على قواعد زجاجية وسليكونية نظيفة ومسخنة عند درجة حرارة اساس 360) oC) وقد استخدم الهواء الجوي كغاز حامل . تم فحص التركيب البلوري للاغشية المحضرة بطريقة حيود الاشعة السينية ( XRD) واوضحت النتائج ان جميع الاغشية المحضرة كانت متعددة التبلور واظهرت تحسن البنية البلورية من حيث نقصان عدد القمم واختفاء بعضها وهذا مؤشر لتحسن خصائص الاغشية المحضرة. درست طبوغرافية الاسطح للاغشية المحضرة باستخدام مجهر القوى الذرية (AFM) والمجهر الالكتروني الماسح ) FESEM) ومبدد الطاقة للاشعة السينية (EDX) . الحجم الحبيبي للغشاء الرقيق Cd1 - xZnxS يزداد مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS) . كذلك ان زيادة نسبة (ZnS) تؤدي الى زياده خشونة السطح، فحص (EDX) اظهر احتواء الاغشية على عناصر (Cd, Zn, S) كما هو متوقع ، مشيرا الى تشكيل اغشيه S Cd1 - x Znx عالية النقاوة. تم دراسة الخصائص البصرية للاغشية المحضرة بسمك (160 ± 3) nmباستخدام قياسات النفاذية البصرية في المنطقة الطيفي (300 - 1100) nm. نتائج النفاذية كانت اكبر من 94%. فجوة الطاقة المباشرة للــ (CdSpure) تساوي 2.61) eV) ، والتي تزداد مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS) حيث ان فجوة الطاقة لل( (ZnSpureتساوي 3.41) eV) .الثوابت البصرية كمعامل الانكسار ومعامل الخمود وثوابت العزل تم حسابها لجميع الاغشية المحضرة. الخصائص الكهربائية مثل التوصيلية الكهربائية المستمرة وتاثير هول تم دراستها . اشارت النتائج ان الاغشية من النوع الموجب ( p - type ) وتمتلك طاقتي تنشيط ( Ea1,Ea2 )، وقد وجد ان التوصيلية الكهربائية المستمرة تقل مع زيادة نسب حجمية من (ZnS). قيست سعة الانحياز العكسي للمفرق الهجين Cd1 - x ZnxS /n - Si كدالة لفولتية الانحياز وبتردد (1) MHz ، وقد دلت هذه النتائج على ان المفرق من النوع الحاد، لوحظ نقصان السعة بزيادة جهد الانحياز العكسي كذلك تزداد السعة (334 - 577) pF مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS) ، بينما يقل عرض منطقة النضوب مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS) . ووجد ان جهد البناء الداخلي تقل قيمته من (0.7 - 0.27) Volt مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS). بينت خواص تيار - فولتية للمفرق الهجين (CdS)1 - x (ZnS)x /n - Si بان تيار الظلام الامامي يتغير اسيا تقريبا مع فولتية الانحياز ويتفق المفرق المصنع مع نموذج اعادة الاتحاد - الانتفاق ويظهر الانحياز العكسي توقف طفيف ثم فولتية انهيار تدريجيا. كذلك يلاحظ تناقص عامل المثالية وتيار الاشباع مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS). درست خواص تيار الدائرة القصير وفولتية الدائرة المفتوحة حيث وجدنا ان Jsc وVocتزداد قيمتهمزايادة النسب الحجمية من (ZnS) وقد فسر سبب ذلك بوجود تغير في التركيب للاغشية وكذلك تحسن طبقة التداخل بين p - (CdS)1 - x(ZnS)x وn - Si .درست الخصائص الطيفية للمفرق الهجين Cd1 - xZnxS /n - Si ووجدنا ان قيم الاستجابة الطيفية , الكشفية النوعية والكفاءة الكمية تقل وتزحف باتجاه الاطوال الموجية الطويلة مع زيادة نسب حجمية من (ZnS) ، بينما تزداد القدرة المكافئة للضوضاء مع زيادة النسب الحجمية من (ZnS). من خلال قياسات الخصائص التحسسية للاغشية الرقيقة لغاز ( NO2 ) اظهرت تحسسية جيدة عند حرارة تشغيل (100 - 200)oC ،ايضا تحسسيه الاغشية للغازات تقل بزياده تركيز ZnS عند oC (200) وان تغيير درجة حرارة التشغيل تؤدي الى تغيرات واضحة في تحسسية الاغشية. | Cd1 - xZnxS thin films were prepared by using a chemical spray pyrolysis technique, which is a simple, inexpensive and suitable technique for large deposition area.The cadmium acetate was used as a source of cadmium, the zinc acetate was used as a source of zinc and theoria was used as a source of sulfide. Mixed Cd1 - xZnxS thin films with different Vol.% of (x) (x= 0,0.2,0.4,0.6,0.8 and 1) has been prepared on clean glass and silicon substrate at 360 ºC with atmospheric air as the carrier gas. The crystal structures of the deposited films were examined by X - ray diffraction analysis. The results show that all the prepared films are polycrystalline structure,and it has shown improvement in the crystal structure in terms of decreasing the reflection peaks and disappearance of some peaks .This refers to the improvement in the properties of the films. The surface morphology of the deposits films has been studied by using atomic force microscope(AFM),Field emission scanning electron microscope (FESEM) and energy dispersive X - ray(EDX).The grain size of the Cd1 - xZnxS thin films increases with increasing of ZnS Vol.% , also the increasing ZnS Vol.% leads to increase in the surface roughness. (EDX) shows that all the films contain the elements (Cd, Zn and S) as expected, indicating formation of the Cd1 - xZnxS films with high purity films with good stoichiometry. The optical properties of the films, which were prepared with thickness of (160±3) nm,have been determined by using the optical transmittance measurements in the spectral region from (300 - 1100) nm. Transmittance results were upper than 94% and direct energy gap for (CdS pure) equal (2.61) eV, it increases with increasing ZnS of Vol.% where energy gap for (ZnS pure) equal (3.41)eV. The optical constants such as refractive index, extinction coefficient and dielectric constant have been calculated for all prepared films. The electrical properties include D.C conductivity and Hall effect were studied. The results show that the prepared films were p - type , and have two activation energies (Ea1 , Ea2).It is found that the electrical D.C conductivity decreases with the increase of the ZnS Vol.%. The reverse bias capacitance for p - Cd1 - xZnxS /n - Si heterojunction was measured as a function of bias voltage at frequency 1MHz, and we note that these heterojunction are abrupt. The capacitance decrease with increasing the reverse bias voltage, also it increases from (334 to 577) pF with increase of the ZnS Vol.%. while the depletion width decreases with increasing of the ZnS Vol.%. The value of built - in potential decreases from (0.7 to 0.27) Volt with increasing of the ZnS Vol.%. For p - Cd1 - xZnxS/n - Si heterojunction under dark conditions shows that forward bias current variation approximately exponentially with voltage bias.This conforms with tunneling - recombination model.The ideality factor and saturation current were calculated and notice the value decrease with increasing of the ZnS Vol.%. The short - circuit current density and open - circuit voltage have been studied, where the Jsc and Voc increases with increasing of the ZnS Vol.%. The spectral response of Cd1 - xZnxS/n - Si was studied. The values of responsivity, specific detectivity and quantum efficiency decreases and shifts to longer wavelength with increase of the ZnS Vol.%. While the noise equivalent power increases with increasing the ZnS Vol.%. From the sensing properties measurements of thin films show that films were good sensors for gas (NO2) at operation temperature (100 - 200) oC , also sensitivity of films for gases decreases with increases the concentration of ZnS at (200) oC. The variation of the operating temperature of the films have led to a significant change in the sensitivity of the sensor.
