ارزیابی لایه نازک کربن شبه الماسی اعمال شده به روش رسوب شیمیایی بخار تقویت شده با پلاسما بر عملکرد سلول خورشیدی سیلیکونی

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 13، دوره 5، شماره 20، مرداد و شهریور 1394، صفحه 155-164   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

اکبر اسحاقی^{* 1}؛ فخرالدین مجیری²؛ اسماعیل کرمی²

¹استادیار، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران.

²کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران.

تاریخ دریافت: 30 شهریور 1394،  تاریخ پذیرش: 30 شهریور 1394 

چکیده

در این بررسی لایه نازک کربن شبه الماسی بر سلول خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال نوع P با استفاده از دو گاز هیدروژن و متان به روش رسوب شیمیایی بخار تقویت شده به کمک پلاسما با منبع تغذیه فرکانس رادیویی        (RF-PECVD) اعمال گردید. سپس چسبندگی پوشش به زیرلایه، ساختار کریستالی، نوع پیوندها، نسبت هیبریداسیون SP² به SP³، توپوگرافی و مورفولوژی سطح پوشش به ترتیب به وسیله روش­های آزمون نوار چسب، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، طیف سنجی رامان، میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه منحنی­های ولتاژ-جریان نمونه­های سیلیکونی در دو حالت بدون پوشش و با پوشش کربن شبه الماسی به وسیله I-V meter اندازه­گیری شد و بازدهی تعیین شد. نتایج نشان داد با اعمال پوشش کربن شبه الماسی رافنس سطح کاهش یافته است. هم­چنین، نتایج آزمون اندازه گیری جریان –ولتاژ نشان داد با اعمال لایه نازک کربن شبه الماسی بازدهی سلول خورشیدی حدود 37% مقدار اولیه افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

لایه نازک؛ کربن شبه الماسی؛ سلول خورشیدی؛ PECVD

مراجع

1- کرمی، لایه نشانی و ارزیابی اثرات لایه نازک کربن شبه الماسی بر عملکرد سلول­های خورشیدی سیلیکونی در شرایط شبیه سازی شده، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد (شناسایی و انتخاب مواد)، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1392.

2- V.I. Gavrilenko, A.M. Grekhov, D.V. Korbutyak, and V.G. Litovchenko, “Optical Properties of Semiconductors. Naukova Dumka”, Kiev, 608 p, 1987.

3- J. Zhao and M. Green, “Optimized Antireflection Coatings for High-Efficiency Silicon solar cells”, IEEE Transactions on Electron Devices,Vol. 38, pp. 1925—1934, 1991.

4- ن. معنوی زاده، ا. اصل سلیمانی، ه. ملکی و ر. افضل زاده، بررسی خواص نوری لایه های نیترید سیلیکون لایه نشانی شده به شیوه کندوپاش RF  در محیط پلاسمای آرگن ،‌ سیزدهمین کنفرانس اپتیک و فوتونیک ایران، 1385.

5- J. Robertson, “Diamond-like Amorphous Carbon”, Materials Science and Engineering R 37, pp. 129-281. 2002.

6- W. Seok Choi, K. Kim, J. Yi, and B. Hong, “Diamond-like Carbon Protective Anti-Reflection Coating for Si Solar Cell”, Materials Letters, Vol. 62, pp. 577–580, 2008

7- ف. مجیری، لایه نشانی و ارزیابی اثرات لایه نازکDLC  بر بهبود عملکرد سلول­های خورشیدی سیلیکونی، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد (شناسایی و انتخاب مواد)، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، 1392.

8- D. Skoog, J. Holer, and S. Crouch, “Principles of Instrumental Analysis”, 6^rd Edition, Broks Cole, USA, 2006.

9- J. R. Ferraro, and K. Nakamoto, “Introductory Raman Spectrocpy”, 2nd Edition, Elsevier Science, USA 1994.

10- V. S. Yadav, D. K. Sahu, M. Singh, and Kuldeep Kumar, “Study of Raman Spectra of Nano-Crystalline Diamond Like Carbon (DLC) Films Composition (sp²:sp³) with Substrate Temperature”, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science 2009.

11- J. Robertson, “Properties of Diamond-Like Carbon, Surface and Coatings Technology”, Vol. 50, pp. 185–203, 1992.

12- X. Liua, L. Wanga, J. Pua, and Q. Xuea, “Surface Composition Variation and High-Vacuum Performance of DLC/ILs Solid–Liquid Lubricating Coatings: Influence of Space Irradiation”, Applied Surface Science, Vol. 258, pp. 8289– 8297, 2012.

13- L. V. Santos, V. J. Trava-Airoldi, E. J. Corat, J. Nogueira, and N. Leite, “DLC Cold Welding Prevention Films on a Ti6Al4V Alloy for Space Applications”, Surface & Coatings Technology, Vol. 200, pp. 2587–2593, 2006.

14- X. Liu, L. Wang, and Q. Xue, “High Vacuum Tribological Performance of DLC-Based Solid–Liquid Lubricating Coatings: Influence of Atomic Oxygen and Ultraviolet Irradiation”, Tribology International, Vol. 60, pp. 36–44, 2013.

15- F. Tuinstra, and J. L. Koenig, “Raman Spectrum of Graphite”. Journal of Physical Chemistry Vol. 53, pp. 1126–1130, 1970.

16- C. Castiglioni, E. Di Donato, M. Tommasini, F. Negri, and G. Zerbi, “Multi-Wavelength Raman Response of Disordered Graphitic Materials: Models and Simulations”, Synthetic Metals, Vol. 139, pp. 885-888, 2003.

17- S. Piscanec, M. Lazzeri, F. Mauri, A. C. Ferrari, and J. Robertson, Physical Review Letters. Vol. 93, pp. 185, 2004.

18- C. Mapelli, C. Castiglioni, G. Zerbi, and K. Mullen, “Common Force Field for Graphite and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”, Physical Review B, Vol. 60, pp. 12710-12725, , 1999.

19- Z. Y. Chen, J. P. Zhao, T. Yano, T. Ooie, M. Yoneda, and J. Sakakibara, “Observation of sp3 Bonding in Tetrahedral Amorphous Carbon Using Visible Raman Spectroscopy”, Journal of Applied Physics, Vol. 88, pp. 2305–2308, 2000.

20- A. C. Ferrari,and J. Robertson “Interpretation of Raman Spectra of Disordered and Amorphous Carbon”, Physical Review B, Vol. 61, pp. 14095–107, 2000.

[21] J. C. Sanchez-Lopez, A. Erdemir, C. Donnet, “Chemical Vapor Deposition of Ruthenium on NiCoCrAlYTa Powders Followed by Thermal Oxidation of the Sintered Coupons”, Surface and Coatings Technology;Vols. 163–164, pp.444–50, 2003.

22- A. C. Ferrari, “Determination of Bonding in Diamond-Like Carbon by Raman Spectroscopy”, Diamond and Related Materials, Vol. 11, pp. 1053–1061, 2002.

23- R. Gottimukkala, “Growth and Characterization of Diamond and Diamond Like”, Master Thesis, University of South Florida, 2005.

24- C. R. Lin, D .H. Weia, C. K. Chang, and W. H. Liao, “Optical Properties of Diamond-Like Carbon Films for Antireflection Coating by RF Magnetron Sputtering Method”, Physics Procedia, Vol. 18, pp. 46­ –50, 2011.

25- S. V. Hainsworth, “Diamond-Like Carbon Coatings for Tribology: Production Techniques Characterization Methods and Applications”, Master Thesis, University of Leicester, 2007.

26-0ن. خدایار، ساخت لایه­های نازک کربن شبه الماسی به روش RF-PECVD در مخلوطی از پلاسمای بوتان، پروپان و نیتروژن، پایان نامه کارشناسی ارشد فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه الزهراء، 1384.

27- K. A. Hamouda, A. Ababou, M. Ouchabane, N. Gabouze, S. Belhousse, H. Menari, and K. Beldjilali, “Study of Optical Properties of Diamond-Like Carbon/Porous Silicon Antireflective Coating Layers for Multicrystalline Silicon Solar Cell Applications”, Vacuum, Vol. 81 , pp. 1472–1475, 2007.

28- J. Coates, “Interpretation of Infrared Spectra, a Practical Approach”, Wiley, 2000.

29- M. Allon, J. Appelbaum, M. Maharizi, A. Seidaman, and N. Croitoru, “The Influence of Diamond-Like Carbon Films on the Propertise of Silicon Solar Cells”, Thin Solid Films, Vol. 303, pp.273-276, 1997.

30- B. kov, P. S. adek, P. Stahel, and L. Zajckov, “Improvement of the Efficiency of the Silicon Solar Cells by Silicon Incorporated Diamond-Like Carbon Antireflective Coatings”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 299–302, pp. 1147-1151, 2002.http://database.irandoc.ac.ir/researchers/97497

31- H. Zhu, J. Wei, K. Wang, and D. Wu, “Applications of Carbon Materials in Photovoltaic Solar Cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 93, pp. 1461-1470, 2009.