ساخت آزمایشگاهی لایه‌های نانوساختار جاذب نور به روشی کم‌هزینه‌

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، با توجه به نیاز روز افزون به انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر، در دهه‌های اخیر تحقیقات فراوانی روی لایه‌های جاذب نور در سلول‌های خورشیدی صورت گرفته است.

با این حال به دلیل کمیاب و گران‌قیمت بودن عناصر ایندیوم و گالیوم موجود در این ترکیبات، توجه محققان به سمت سنتز و بررسی لایه‌های جاذب نانوساختار جدید از عناصر فراوان و کم‌هزینه موجود در طبیعت با همان خواص فیزیکی مطلوب معطوف شده است.

به گفته دکتر مهدی عادلی فرد، در این طرح تلاش شده تا با به‌کارگیری عناصر روی و قلع که به وفور در طبیعت یافت می‌شوند و هزینه تأمین آنها نسبتاً کم است، لایه‌های نازک نانوساختار CZTS تهیه شود.

این لایه‌ها با استفاده از روشی مقرون به صرفه تهیه شده است. از طرفی خواص فیزیکی بهینه آنها نویدبخش امکان جایگزینی این لایه‌ها به عنوان نیم‌رسانای جاذب، در سلول‌های خورشیدی و جایگزینی با عناصر کمیاب و گران‌قیمت متداول ایندیوم و گالیوم است.

عادلی فرد در خصوص روش به کار رفته در ساخت این لایه‌های جاذب عنوان کرد: «روش‌های مختلفی برای لایه‌نشانی لایه‌های نازک CZTS از قبیل لایه نشانی لیزر پالسی (PLD)، لایه‌نشانی به روش کند و پاش، لایه‌نشانی بخار شیمیایی (CVD) و تبخیر در خلاء استفاده شده است. اما علاوه بر روش‌های ذکر شده، روش اسپری پایرولیزیز (Spray pyrolysis technique) نیز می‌تواند به خاطر سادگی و کم‌هزینه بودن و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده، به عنوان روشی محتمل و نویدبخش در نظر گرفته شود. در این گزارش فرایند آماده‌سازی نیم‌رسانای نانوساختاری با استفاده از روش شیمیایی اسپری پایرولیزیز صورت گرفت».

نتایج مشخصه‌یابی‌ها حاکی از تشکیل ساختار بسبلوری (Polycrystalline) با سطوح همگن پوشیده شده از نانوذرات کروی شکل بوده است. همچنین تمامی نمونه‌ها از ضریب جذب نور بالایی در ناحیه مرئی و نیز خواص الکتریکی مطلوب برخوردار بودند.

به گفته این محقق، افزون بر کارایی روش اسپری پایرولیزیز، از دیگر عوامل بررسی شده در این طرح، تأثیر نسبت مولی عنصر روی به قلع (Zn/Sn) روی خواص ساختاری، نوری و الکتریکی نمونه‌هاست.

عادلی فرد در پایان ابراز امیدواری کرد که با تکمیل فاز مطالعات، بتوان سلول‌های خورشیدی حاصل از لایه‌های نانوساختاری سنتز شده در این طرح را جایگزین سلول‌های خورشیدی سیلیکونی مرسوم و با هزینه‌ای مقرون به صرفه‌تر کرد.

این مطالعات با همکاری دکتر مهدی عادلی فرد، عضو هیئت علمی دانشگاه دامغان و روح الله ترکمانی، کارشناس ارشد فیزیک از این دانشگاه انجام شده است.