CC BY
0QUYOSH PANELLARI USHUN SBxSEy YUPQA QATLAMLARINI OLISHNING
TADQIQOT TAHLILLARI
K. M.QUCHQAROV
O'zbeksiton, Toshkent shahar, O'zRFA fiz-mat.f.d.
A.S.MATMURATOV
O'zbekiston, Toshkent shahar, Alfraganus university assistant-o'qituvchi
Annotatsiya. Ushbu maqolada quyosh elementlari uchun yupqa qatlamlarni olishning fizik-kimyoviy va Sb2Se3 yupqa qatlamlarini kimyoviy molekulyar dastalar olish (KMDO) metodlarining o'tkazuvchanlik turlari haqida yozilgan.
Kalit so'zlar: Yupqa qatlamli quyosh elementlari, Sb2Se3 yupqa qatlamlari, p-tip va n-tip o'tkazuvchanlik
Kirish: Arzon, ekologik toza va yorug'likni yutish koeffitsienti yuqori bo'lgan materiallarga asoslangan yupqa qatlamli quyosh elementlarini ishlab chiqish zamonaviy energiya rivojlanishining dolzarb mavzusidir. Shuning uchun hozirgi kunda dunyodagi yetakchi ilmiy tadqiqot markazlari tomonidan yupqa qatlamli quyosh elemenlarini arzon, zararsiz va barqaror materiallardan tayyorlash va ularning samaradorligini oshirish dolzarb vazifalardan hisoblanadi. Bu borada SbxSey asosli yarimo'tkazgichli yupqa qatlamlar zararlik darajasi kam va yer qa'rida ko'p bo'lgan elementlardan tashkil topgan bo'lib, mos optik va fotoelektrik xususiyatlari tufayli arzon va ekologik toza quyosh elementlarini katta hajmda ishlab chiqarish uchun istiqbolli materialdan biri hisoblanadi[1]. SbxSey materiallarining fizik xususiyatlari (p-tipli o'tkazuvchanlik, taqiqlangan soha kengligi Eg=1.01-1.3 V, yuqori yutilish koeffitsienti a>105 Om^sm-1, samaradorligi yuqori Cu (In, Ga) (Se, S)2 xususiyatlariga juda yaqin[2]. So'ngi yillarda quyosh panellari uchun yupqa qatlamli quyosh elementlari olish sezilarli darajada rivojlandi. Ta'kidlab aytish kerakki kadmiy telluridi CdTe va mis indiy galliy selenium CIGS yupqa qatlamli quyosh elementlari eng yuqori 20% samaradorlikka erishdi[2].
Yupqa qatlamli quyosh elementlarining samaradorligi asosan yutuvchi qatlamning fizik xususiyatlari bilan bog'liq. Hozirgi vaqtda quyosh elementlarida asosiy qatlamni olishning vakuumsiz, yuqori va past vakuumli usullari qo'llaniladi. Quyosh elementining asosiy qatlamining fizik xususiyatlari ularni olish usullarining texnologik parametrlariga sezilarli darajada bog'liq. Ko'pgina adabiyot ma'lumotlarini tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, quyosh batareyasining samaradorligi quyosh batareyasining asosiy qatlamini olish usullariga kuchli bog'liqdir. Bugungi kunga kelib, quyosh batareyalarida asosiy qatlamni olish uchun kimyoviy va fizik usullar qo'llaniladi[5].
Kimyoviy usullar: elektrodepozitsiya, muvaffaqiyatli ion qatlamli adsorbsiya va reaktsiya (SILAR), kimyoviy vanna cho'kish usuli, spin qoplamasi, aerozol yordamida kimyoviy bug'larni cho'ktirish[5].
Fizik usullar: termik bug'lanish, vakuumli bug'lanish, tez termal bug'lanish, bug' tashuvchi cho'kma, magnetronli purkash, yaqin-oraliq sublimatsiya[5].
Ular orasida, fizik yotqizish usullari, ya'ni RTE, CSS va VTD, kimyoviy usullar bilan solishtirganda yuqori samaradorlikni ko'rsatdi, markazdan qochma qoplama esa kimyoviy usullar orasida yaxshi natija berdi. Shuni ta'kidlash kerakki, Sb2Se3 plyonkalarini fizik usullar bilan olish jarayonida ularni sintez qilish jarayonida plyonkalarning Sb, Se va SbxSey ga ajralishi tufayli Se ning sezilarli darajada yo'qolishi kuzatiladi[6]. Bu Se qatlamlarining shakllanishiga olib keladi, bu esa o'z navbatida plyonkalarda rekombinatsiya markazlarining zichligini oshiradi. Ushbu hodisa plyonkalarning optik va elektrofizik xususiyatlariga va ularga asoslangan quyosh batareyalariga salbiy ta'sir qiladi. Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun ko'plab tadqiqotchilar Se bug'ida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni taklif qilishdi. Masalan, Li va boshqa mualliflar Sb2Se3 va Se ni birgalikda bug'lantirish usulidan foydalangan holda Sb2Se3 yupqa plyonkalarini oldilar va
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Shongalova Sb2Se3 plyonkalarini olish uchun purkash usulini taqdim etdi, keyin esa 2015 yilda Tang guruhi H2Se gaz atmosferasida "selenlangan" tovlanish usulini taqdim etdi. Bundan tashqari, ushbu material noyob bir o'lchovli kristall tuzilishga ega bo'lib, unda (Sb4Se6)n plyonkalari vertikal yo'nalishda kovalent bog'langan bo'lib, ular bo'ylab fotogeneratsiyalangan tashuvchilar osongina harakatlanadi. Boshqa tomondan, zaryad tashuvchilarni gorizontal tashish ancha qiyinlashadi, chunki ular van der Vaals kuchlari tomonidan bog'langan (Sb4Se6)n qatlamlar orasiga o'tishlari kerak edi. Kristal orientatsiyasi va Sb2Se3 yupqa qatlamli quyosh elementlarining fotovoltaik xarakteristikalari o'rtasidagi kuchli bog'liqlik tufayli kristall orientatsiyasini turli xil yupqa plyonkalarni cho'ktirish texnikasi, jumladan, termal bug'lanish, bug' tashuvchisi cho'kishi va purkash yordamida nazorat qilish uchun muhim harakatlar qilinmoqda.
Shunga ko'ra, bir necha yil ichida Sb2Se3 quyosh batareyasining samaradorligi keskin 2,1% dan 9,2% gacha oshdi, bu asosan quyosh batareyalarining qisqa tutashuv toki zichligi va to'ldirish koeffitsienti (FF) bilan bog'liq. Z.Li guruhi yopiq hajmdagi sublimatsiya usulida [001] yo'nalishidagi nanorodlar ko'rinishidagi Sb2Se3 plyonkalarini oldi, bu esa yupqa qatlamlar ichidagi tashuvchilarni o'tkazishga sezilarli yordam berdi. Ushbu metodlardan eng ma'qbuli gaz tashuvchisi oqimida kimyoviy bug'larni cho'ktirish usuli (KVD) hisoblanadi. Ushbu usul mahalliy va xorijiy tadqiqotchilar tomonidan ikkilik manbalardan A2B6 binar birikmalarining plyonkalarini olishda muvaffaqiyatli qo'llaniladi va yarimo'tkazgich sanoatida yaxshi o'zlashtirildi[7].
Tadqiqot natijalari: Bu ilmiy ishda biz ikkilik Sb2Se3 birikmasi va Se elementlarining alohida manbalaridan Sb2Se3 plyonkalarini olishning mavjud usullaridan farqli o'laroq, kimyoviy molekulalar dastalaridan olish usuli (KMDO) bir qator afzalliklarga ega, masalan:
a) yotqizish jarayoni atmosfera bosimida gaz oqimida amalga oshiriladi, shuning uchun qimmat vakuum va boshqa uskunalar talab qilinmaydi, shuning uchun bu usul tejamkor;
b) yotqizish jarayoni molekulyar darajada (1010-1014 sm-2) boshqariladi, bu plyonkalar tarkibini aniq nazorat qilish imkonini beradi;
c) cho'kma tezligi keng diapazonda o'zgarib turadi (10-104A/sek);
d) Ishlayotgan zavodda plyonkalar katta maydonga (50 sm2) yotqiziladi;
e) plyonkalarni doping qilish o'sish jarayonida amalga oshiriladi;
f) Zaharli gaz ishlatilmaydi.
Sintezning texnologik parametrlarining vodorod H2 oqimida kvazi yopiq hajmdagi Sb2Se3 plyonkalarining o'sishiga ta'sirini o'rganish bo'yicha tajribalar o'tkazishdan oldin biz Sb va Se boshlang'ich elementlarning bug'lanish dinamikasini haroratga bog'liqligini alohida o'rgandik.Sb va Se bug'lanish massasining haroratga bog'liqligi 1-rasmda ko'rsatilgan.
Sb va Se bug'lanish massasining haroratga bog'liqligi 1.3.1-rasmda ko'rsatilgan.
40
30
и2о
m со <10
ANTIMONY
SELENIUM
60 50
o
¿50
to to
ro>0 10 0
600 700 800 900 TEMPERATURE (С)
1000
300
340
380
420
460
500
Temperature (С)
1-rasm. Bug'lanish massasining ma'lum vaqtdagi haroratga bog'liqligi (30 minut)
Sb2Se3 plyonkalarini shisha tagliklarga joylashtirishdan oldin, yotqizilgan substratlar kimyoviy ishlovdan o'tkazildi. Kimyoviy ishlov berish quyidagi bosqichlarda amalga oshirildi. Kerakli miqdorda 2,5 x 2,5 sm hajmdagi soda-ohak oynasi (SLG) tayyorlandi, uning yuzasi ultratovushli vanna yordamida tozalanadi.Sb2Se3 yupqa qatlamlari KMDO usuli bilan tanlangan mos shisha tagliklar yuzasida o'stirildi. Boshlang'ich material sifatida yarimo'tkazgichning tozaligi
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
0
IOS
(99,999%) bo'lgan Sb2Se3 binar birikmasi ishlatilgan. Bug'langan Sb2Se3 moddasi konteynerlarga joylashtirildi. Keyinchalik, tizim ish holatiga keltirildi va undan atmosfera, ifloslantiruvchi gazlarni olib tashlash uchun vodorod bilan tozalandi. Keyin reaksiya kamerasining tashqi pechi yoqildi. Isitish darajasi termojuftlar tomonidan boshqariladigan o'rnatilgan element harorati bilan belgilanadi. Taglikni isitishning kerakli darajasiga erishgandan so'ng, Sb2Se3 binar birikmasini individual isitish uchun pechlar yoqildi va kerakli bug'lanish haroratiga keltirildi. Yupqa qatlam o'sadigan binar birikmaning bug'lanish harorati oralig'i 830 °C-1000 °C oralig'ida edi va taglik harorati 5000C da saqlanadi. Vodorod tashuvchi gaz oqimi tezligi ~20 sm3/min edi. Tajriba jarayoni 30 daqiqa davomida amalga oshirildi. Taglik sifatida oddiy sodali-ohak shisha ishlatilgan. Namunalarning o'lchamlari 2,0 x 2,0 sm.Har xil tarkibdagi Sb2Se3 plyonkalarini olish uchun Sb2Se3 ning bug ' fazasidagi partsial bosimlari o'sish jarayonida manba haroratini nazorat qilish orqali o'zgartirildi[4].
Soda-ohak shisha (SLG) yuzasida yuqori sifatli yupqa qatlamlarini olish uchun optimal texnologik sharoitlar kimyoviy molekulalar dastalar olish usuli orqali aniqlandi: taglik harorati 300 ° C ^ 500 ° C, Sb elementning harorati manba Sb2Se3 uchun 800°C ^ 850° C oralig'ida o'zgarib turadi, Sb2Se3 yupqa qatlamining o'sish tezligi 0,1 ^ 20 Â/sek oralig'ida bo'ladi, vodorod iste'moli W(H2) = 10 sm3 / min va Sb2Se3 yupqa qatlami elementlarini sintez qilish jarayonining qonuniyatlari binar birikma Sb2Se3 elementlarining bug ' bosimi nisbatiga bog'liq. Ushbu usulning afzalliklari, ya'ni komponent manbalarini mustaqil isitish vaqtida diskret joylashtirish va ularning har biri orqali tashuvchi gazni etkazib berish tufayli, ma'lum tarkibdagi plyonkalarni osongina olish va shuning uchun ularning xususiyatlarini nazorat qilish mumkin. Xususan, o'tkazuvchanlik turi va ichki nuqta nuqsonlari konsentratsiyasi (STD) nazorat qilinadi. KMDO (Kimyoviy molekulyar dastalar olish) usuli Sb2Se3 plyonkalar elementlarining kimyoviy tarkibi 1-jadvalda keltirilgan. Bu jadvaldan ko'rinib turibdiki, Se ning harorati 3500C dan 4300C gacha ko'tarilishi bilan Sb/Se ning atom konsentratsiyasining nisbati pasayadi. 0,67 [4] ning stoxiometrik tarkibiga yaqinlashadi. Ya'ni, bu natijalar Sb2Se3 yupqa qatlamlardagi Se tarkibining Se oqimining oshishi bilan ortganligini ko'rsatadi. Skanerlovchi elektron mikroskopi tasvirlari Sb2Se3 yupqa qatlamlarning sirt g'adir-budurligi Se=0,3 ^ 0,6 mkm bo'lgan yaxshilangan relyef bilan tavsiflanganligini ko'rsatdi. Plyonkalarning elektr xossalarini o'lchash natijalari shuni ko'rsatdiki, Sb/Se atom konsentratsiyasi nisbati pasayishi bilan Sb2Se3 plyonkalarining elektr o'tkazuvchanligi sezilarli darajada o'zgargan va namunalar ham kompozitsion diapazoni 0,78<Sb/Se < 0,76 n-tipli va 73<Sb/Se<0,71 p-tipli o'tkazuvchanlikka
№ TSe (selen temperaturasi) Sb (atomarniy protsent %) Se (atomarniy protsent %) Sb/Se (atom nisbati)
1 35G 43,8G 56,2G G,78
2 37G 43,89 56,11 G,78
3 39G 43,1G 56,9G G,76
4 41G 42,15 57,85 G,73
5 43G 41,65 58,35 G,71
1-jadval. Sb2Se3 yupqa qatlamining kimyoviy tarkibi Sb2Se3 plyonkalarining fizik xususiyatlarini o'rganish uchun biz murakkab tadqiqot usulini qo'lladik. Sb2Se3 yupqa qatlamlarni har tomonlama o'rganish o'tkazuvchanlik turini, elektr o'tkazuvchanligini va uning haroratga bog'liqligini o'rganish, oqim kuchlanish xususiyatlarini va optik xususiyatlarini o'lchashdan iborat edi. Optik metallografiya, rentgen nurlari difraktsiyasi, skanerlash elektron mikroskopiya va energiya dispersli element analizatori usullari ham qo'llanilgan.
Xulosa: Xulosa qilib aytganda, ushbu metod yordamida quyosh elementlari uchun Sb2Se3 yupqa qatlamlarini olish birqancha oson va ekonomik jihatdan hamyonbop hisoblanadi. Tabiatda bu
elementlar manbalari yetarlicha darajada bo'lganligi sabab, buni modellashtirish va kelajakda quyosh
panellari uchun keng miqyosda qo'llash imkonini beradi.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR:
1. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=ubFBNOcAAAAJ& citation for view=ubFBNOcAAAAJ:UeHWp8X0CEIC
2. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=ubFBNOcAAAAJ& citation for view=ubFBNOcAAAAJ:2osOgNQ5qMEC
3. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=XudwApYAAAAJ& citation for view=XudwApYAAAAJ:ULOm3 A8WrAC
4. https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=XudwApYAAAAJ& citation for view=XudwApYAAAAJ:Wp0gIr-vW9MC
5. Fabrication of Sb2Se3 thin film solar cells by co-sputtering of Sb2Se3 and Se Targets. Changhao Maa,1 , Huafei Guoa,1 , Xin Wanga , Zhiwen Chena , Qingfei Canga , Xuguang Jiaa , Yan Lic , Ningyi Yuana,*, Jianning Dinga,b,*
6. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, O. Kiowski, A. Bauer, T. M. Friedlmeier, and M. Powalla, Phys. Status Solidi: Rapid Res. Lett. 9, 28 (2015).
7. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, and E. D. Dunlop, Prog. Photovoltaics 23, 1 (2015).
