Efficiency of CuO Nanoparticle Doped Sb2O3/ Etching Si Solar Cell

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Silicon solar cell technology currently dominates the market and has a high cost. Research into new materials (thin film) for producing cheaper and more efficient solar cells must be intensified to exploit solar energy. In this work, the preparation of pure and CuO-doped Sb2O3 nanofilms with various doping ratios (0.02, 0.04, and 0.06) wt.% and different thicknesses (20, 30, and 40) nm deposited on glass (morphology, structural, optical, and electrical properties) and laser-etched p-Si (solar cell efficiency properties) substrates in a vacuum environment (1×10^-6 mbar) through a thermal evaporation chamber with the rate of deposition 0.3 nm.s^-1. The prepared films are subjected to heat treatment (annealing) at 473 K for 2 hours. X-ray diffraction results showed that the pure Sb2O3 nanofilms have no distinguishing peaks. In contrast, the phase structure of Sb2O3:(0.02, 0.04, and 0.06) wt.% CuO nanofilms at a thickness of 40 nm shows the one small peak existence at 2θ = (31.932°, 31.894°, and 31.945°) respectively, corresponding to the Miller indices (040). AFM analysis of pure and CuO-doped Sb2O3 nanofilms shows a uniform granular surface morphology, homogeneous distribution, and pervasion of CuO particles within Sb2O3 matrix. SEM analysis of nanofilms exhibits a smooth surface devoid of islands and voids and consisting of small spherical grain-size nanoparticles (NPs). The particle size of nanofilms increases with increasing thickness and doped ratio. The optical properties increase (absorbance, absorption coefficient, optical constants) with increasing thickness and doping ratio for nanofilms. These features can be employed for nanofilms in solar cells as the energy gap for direct transition reduces due to the broadening of the sublevels (Urbach energy), which agrees with the value of the average energy gap from the energy of the simple oscillator (Wemple and DiDomenico). Material composition changes (doping and thickness) lead to surface and volume energy loss functions change. Due to the very low thickness of the nanofilm, it was found that the surface energy is greater than the volume energy. Hall coefficient decreased, and the carrier concentration in the samples increased with thickness and doping ratio for nanofilms. The solar cell performance and efficiency were evaluated using I-V characteristic curves under dark and illumination for Sb2O3/etched p-Si and Sb2O3:CuO/etched p-Si. It was observed that the efficiency increased with increasing thicknesses of Sb2O3 nanofilms and increased with added CuO to Sb2O3. The highest efficiency was 5.965% with (Voc of 11 V, Isc of 3 mA/cm², and F.F of 0.180) for pure Sb2O3 nanofilms at a thickness of 40 nm. Also, the highest efficiency was 7.625% with (Voc of 12 V, Isc of 3.2 mA/cm², and F.F of 0.198) for Sb2O3:0.06 wt.% CuO at the same thickness. This work's efficiency enhancement can be ascribed to the modified properties of Sb2O3 nanofilms due to homogeneity achieved by controlling the deposition process, little thickness, and the high surface area created by the small particle size and laser etching process.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

06e5deef-5bc3-45b5-a41d-ecc85706146c

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل دكتوراة

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

993626_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

كفاءة الخلية الشمسية Sb2O3/السليكون المحفور المشوبة بجسيمات CuO النانوية

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"خالد حنين عباس","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"علي عبد عون عطيه حمد العزاوي","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"فؤاد شاكر هاشم","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Efficiency of CuO Nanoparticle Doped Sb2O3/ Etching Si Solar Cell

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

تكنولوجيا الخلايا الشمسية السيليكونية التي تهيمن حاليًا على السوق تمتلك تكلفة عالية. من أجل استغلال الطاقة الشمسية بشكل فعال، يجب تكثيف البحث في المواد الجديدة (الأغشية الرقيقة) لإنتاج خلايا شمسية رخيصة وأكثر كفاءة. في هذا العمل، تم تحضير أغشية نانوية Sb2O3 نقية ومشوبة بأُكسيد النحاس بنسب وزنية مختلفة wt.(0.06، 0.04، 0.02) وبسُمك مختلف (40، 30، 20) نانومتر مرسبة على الزجاج (المورفولوجية، التركيبية، البصرية، والخصائص الكهربائية) وارضيات p-Si المحفورة بالليزر (خصائص كفاءة الخلايا الشمسية) في بيئة مفرغة (1 × 〖10〗^(-6)) ملي بار من خلال غرفة التبخير الحراري بمعدل ترسيب 0.3 نانومتر.ثانية-1. الأغشية المحضرة خضعت للمعالجة الحرارية (التلدين) عند درجة حرارة 473 كلفن لمدة ساعتين.نتيجة حيود الأشعة السينية أظهرت أن الأغشية النانوية Sb2O3 النقية لا تمتلك قمم مميزة، بينما تركيب الطور للاغشية النانوية wt.%CuO (0.06، 0.04، 0.02) Sb2O3: عند سُمك 40 نانومتر تظهر وجود قمة صغيرة واحدة عند (31.932°، 31.894°، و31.945°)2θ= على التوالي، وهو ما يتوافق مع معاملات ميلر (040).تحليل AFM للأغشية النانوية Sb2O3 النقية والمشوبة بالنحاس يُظهر شكلًا موحدًا للسطح الحبيبي وتوزيعًا متجانسًا بالإضافة إلى تشتت جسيمات CuO داخل مصفوفة Sb2O3. تحليل SEM للأغشية النانوية يُظهر سطحًا أملسًا خاليًا من الجزر والفراغات ويتكون من جسيمات نانوية صغيرة بحجم حبm كروية (NPs). حجم جسيمات الأغشية النانوية يزداد بزيادة السُمك ونسب التشويب.الخصائص البصرية (الامتصاصية، معامل الامتصاص، والثوابت البصرية) تزداد مع زيادة سُمك ونسب التشويب للأغشية النانوية. هذه السمات للأغشية النانوية يمكن توظيفها في الخلايا الشمسية حيث فجوة الطاقة للانتقال المباشر تقل بسبب اتساع المستويات الفرعية (طاقة أورباخ)، والتي تتفق مع قيمة متوسط فجوة الطاقة من طاقة المذبذب البسيط (Wemple and DiDomenico).التغيرات في تركيب المادة (التشويب والسمك) تؤدي إلى تغير دوال فقدان الطاقة السطحية والحجمية. نظرا للسمك القليل جدًا للغشاء النانوي، وجد أن الطاقة السطحية أكبر من الطاقة الحجمية. معامل هول ينخفض وتركيز المادة الحاملة في العينات يزداد مع زيادة السُمك ونسبة التشويب للأغشية النانوية.أداء الخلية الشمسية وكفاءتها تم تقييمها باستخدام منحنيات خصائص I-V تحت الظلام والإضاءة لـ Sb2O3/etched p-Si and Sb2O3:CuO/etched p-Si. وقد لوحظ أن الكفاءة تزداد مع زيادة سُمك الأغشية النانوية Sb2O3 وتزداد مع إضافة نسبة وزنية من CuO إلى Sb2O3. أعلى كفاءة كانت 5.965% مع (Voc of 11 V, Isc of 3 mA/cm2, F.F of 0.180) للأغشية النانوية Sb2O3 النقية بسُمك 40 نانومتر، كذلك أعلى كفاءة كانت 7.625% مع (Voc of 12 V, Isc of 3.2 mA/cm2, F.F of 0.198) لـ Sb2O3:0.06wt.%CuO عند نفس السُمك. تحسين كفاءة هذا العمل يمكن أن يعزى إلى الخصائص المعدلة للأغشية النانويةSb2O3 بسبب تحقيق التجانس بواسطة التحكم في عملية الترسيب، السُمك القليل، ومساحة السطح العالية الناتجة عن صغر حجم الجسيمات وعملية الحفر بالليزر.

كلمات الباحثين

Solar energy, Solar cells, Sb₂O₃, Nanofilm, CuO, Thermal evaporation, Film thickness, Solar cell efficiency, Optical properties, Electrical properties, Annealing, Irradiation effect

إشراف وإعداد

الإشراف

خالد حنين عباس, فؤاد شاكر هاشم

الإعداد

علي عبد عون عطيه حمد العزاوي

الاقتباسات الببليوغرافية