لایه‌های نانوساختار جاذب نور

با توجه به نیاز روزافزون به انرژی‌های پاک و تجدید پذیر، در دهه‌های اخیر تحقیقات فراوانی بر روی لایه‌های جاذب نور در سلول‌های خورشیدی صورت گرفته است. با این حال به دلیل کمیاب و گران قیمت بودن عناصر ایندیوم و گالیوم موجود در این ترکیبات، توجه محققان به سمت سنتز و بررسی لایه‌های جاذب نانوساختار جدید از عناصر فراوان و کم هزینه‌ موجود در طبیعت با همان خواص فیزیکی مطلوب معطوف شده است.

به گفته‌ دکتر مهدی عادلی فرد، در این طرح تلاش شده تا با به کارگیری عناصر روی و قلع که به وفور در طبیعت یافت می‌شوند و هزینه‌ تأمین آن‌ها نسبتاً کم است، لایه های 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 گران قیمت 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)، لایه نشانی به روش کند و پاش، لایه نشانی 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 کم هزینه بودن و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده، به عنوان روشی محتمل و نویدبخش در نظر گرفته شود. در این گزارش فرایند آماده سازی 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) بر 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 نمود.

این مطالعات با همکاری دکتر مهدی عادلی فرد- عضو هیأت علمی دانشگاه دامغان- و روح الله ترکمانی- کارشناس ارشد فیزیک از این دانشگاه- انجام شده است که نتایج آن در مجله‌ Journal of Materials Science: Materials in Electronics (جلد 26، شماره 6، سال 2015، صفحات 3700 تا 3706) چاپ شده است.