تصنيع وصلة (نيكل – كروم) لخلية شمسية

Abstract

الخلاصة يتناول البحث تصنيع مفرق هجيني لخلية شمسية بمساحة 238.86 سم2 مصنعة من شرائح السليكون احادي التبلور من النوع سالب الشحنة مع طبقة من مادة البورون الموجبة الشحنة ذات توصيلات كهربائية مصنعة من سبيكة النيكل - كروم (NiCr)، ودرست الخصائص التركيبية والبصرية للمفرق الهجيني، واستخدمت مادة اوكسيد التيتانيوم (TiO2) مضادة للانعكاس. بينت الخواص التركيبية ان السليكون احادي التبلور وان الخصائص البصرية للمادة ذات انتقالات بصرية مسموحة مباشرة وان قيمة فجوة الطاقة 3.37 الكترون-فولت, كذلك اشتمل البحث على قياس الفولتية للدائرة المفتوحةVoc))وقيمتها0.608 فولت،وان تيار دائرة القصر(Isc) بلغت قيمته8.10 ملي امبير، اما كفاءة الخلية المصنعة فقد بلغت%15.45.

Abstract In this research a fabrication of heterojunction solar cell for n-type single crystal silicon wafer was made with Ni-Cr alloys for the electrical connections.The structural, optical and photoelectrical properties for the junction were studied. Also TiO2 has been used as an anti-reflected layer.The structural studies indicated that the silicon wafer has a single crystal structure andthe optical characteristics found that the hetero-junction has direct allowed energy gap equal to 3.37eV, furthermore results including a measurements of theopen circuitvoltage(0.608V), the short circuitcurrent (8.1mA)and the efficiency of the solar cell equal to 15.45%.

المفتاح: NiCr, مفرق هجيني خلية شمسية, الكفاءة, عامل الملئ.

المقدمة تعد صناعة الاغشية الرقيقة احدى الافاق المستقبلية المهمة في تطبيقات الخلايا الشمسية اذ نالت اهتماما ملحوظا خلال السنوات الماضية بسبب الكلفة الواطئة للتحضير وامكانية تصنيع مساحات كبيرة منها. تستند الفكرة الاساسية لزيادة كفاءة تحويل الخلايا الشمسية ذات المفرق الهجين على ان المادة الاساس تكون ذات فجوة طاقة صغيرة لامتصاص الضوء المرئي ومادة النافذة فيها تكون ذات فجوة طاقة كبيرة قدر الامكان وتوافقها الشبيكي والفتها الالكترونية مع المادة الاساس ويجب ان يكون كبير نسبيا.يعد السليكون من اكثر اشباه الموصلات شيوعا وهو من عناصر المجموعة الرابعة من الجدول الدوري وان ترتيبه يشابه ترتيب الماس وتكون جميع الاواصر التي تربط ذراته اواصر تساهمية, ويمتلك السليكون فجوة طاقة غير مباشرة تبلغ 1.12 الكترون- فولتفي درجة حرارة الغرفة لذلك فان باستطاعة اي فوتون تزيد طاقته عن1.12الكترون- فولت (اي بطول موجي يقلعن1100 نانو متر) ان يخلق زوج الكترون-فجوة في السليكون لذا فان الجزء الاكبر من الطيف القادم للاشعاع الشمسي يستطيع ان يخلق هذا النوع من الازواج عند امتصاصه في السيليكون.

الجزء العملي تخضع الشرائح السيليكونية النوع السالبn-type))لعملية تنظيف عن طريق غمرها في محلول حامض الفلوريك بنسبة 10:1 لمدة ربع ساعة ومن ثم تجفف بالهواء الجاف وبذلك تصبح مهيأة لعملية تصنيع المفرق الهجيني p-n من خلال تبخيرمادة البورون عند درجة حرارة للاساس عند 300 كلفن , للحصول على مفرق هجيني p-n من النوع الوصلة الانتشارية.يعدماسك بشكل شبكة لغرض استخدمه في عملية تصميم التوصيلات الكهربائية من خلال تبخير سبيكةNiCr بسمك 1.5مايكرو متر على الوجه الامامي للخلية الشمسية فيما ترسب المادة نفسها على الوجه الخلفي باكمله للغرض نفسه.تجرى عملية اللحيم لغرض اعداد اقطاب التوصيل, واخيرا تبخر مادة اوكسيد التيتانيومTiO2لتقليل عملية انعكاس الضوء الساقط على الخلية الى اقل حد ممكن, اذ انها مادة مضادة للانعكاس ونفاذيتها عالية في المنطقة المرئية, تتميز اشباه الموصلات مثل(الكاليوم ، السيليكون) بانها ذات انعكاسية عالية للضوء.

المناقشة والاستنتاج من خلال فحص نمط حيود الاشعة السينية للمفرق الهجيني المصنعc-Si /B المبين بالشكل (1)، تبين ان السليكون المستخدم احادي التبلور حيث ظهرت قمة واحدة عند الزاوية 64.45o بعد انتشار الفسفور خلاله لتكوين الطبقة السالبة n-type من الوصلة وان هناك انتشار بين السليكون والبورون يتمثل بزاوية حيود (38.1o) مما يؤكد تكون مفرق هجيني, وان هناك تفاعل بين البورون والفسفور يظهر عند الزاوية (2Ɵ=77.45 o) مما يشير الى حدوث انتشار بشكل جيد كذلك يمكن ملاحظة استخدام سبيكة NiCr في عملية التوصيلات الكهربائية متمثلة بالزاوية44.3o،ومن ناحية اخرى يمكن ملاحظة ان حالات التأكسد عند استخدام سبيكة NiCr في التوصيلات الكهربائية كانت بنسبة قليلة جدا والتي تتمثل بزواية الحيود 81.55o وهذا يؤدي الى الحصول على خلية شمسية بكفاءة جيدة.حسبت فجوة الطاقة البصرية باستخدام معادلة تاوس من خلال رسم العلاقة بين (αhµ)2 كدالة لطاقة الفوتون ((hµ بالالكترون-فولت كما مبين بالشكل (2), بمد الخط المستقيم المماس للمنحني وتقاطعه مع محور السينات وتبين ان قيمة فجوة الطاقة المسموحة المباشرة تساوي3.37 الكترون- فولت وهي ناتجة عن انتقال الشحنات بين حزمة التكافؤ والتوصيل والتي تمثل حافة الامتصاص اي الحد الفاصل بين المنطقة التي يكون فيها امتصاص الضوء عاليا والمنطقة التي يكون فيها امتصاص الضوء قليل (المنطقة الشفافة للضوء) والتي تتوافق مع الطروحات النظريةالتي تبين ان حافة الامتصاص تمثل صفة خاصة بالمادة لاتعتمد على طريقة التحضير.صنعت خلية شمسية ذات مفرق هجيني باستخدام طريقة تقنية الوصلة الانتشارية, من خلال ترسيب طبقة البورون الموجبة على شريحة السليكون السالب الشحنةواستخدام سبيكة NiCrلاغراض اعداد التوصيلات الكهربائية لما تمتلكه من صفات تركيبية وكهربائية تساعد على ذلك مثل الصلادة والمتانة والمقاومة. وجد ان المفرق المصنع يمتلك فجوة طاقة مباشرة ذات قيمة 3.37الكترون- فولت من زوايا مخطط نمط حيود الاشعة السينية تبين ان هناك تفاعل بين الفسفور والبورون مما يدعم وجود تكوين للمفرق الهجيني.

الشكل (1): مخطط الاشعة السينية للمفرق الهجيني n-Si/B

الشكل: (2) العلاقة بين (αhν)2 وطاقة الفوتون لمفرق للخلية الشمسية الهجيني n-Si/B

المصادر 1- S.K.Kulkarmi, M.G.Takwale and V.G.Bhide, “Solar Energy Materials”, Vol.13, p.p.203-211,(1988). 2- T.Feng. A.K.Ghosh and C.Fishman, “Appl.Phys.Lett.”, Vol.35, No.3, p.p.266-268, (1979). 3- Seji Ikegami, “Solar cell”, Vol.23, p.p.89-105, (1988).