تخمین نمایه عمقی عناصر در نمونه CIGS با آنالیز RBS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، دانشگاه کاشان، کاشان، اصفهان، ایران

2 پژوهشکده علوم و فناوری نانو، دانشگاه کاشان، کاشان، اصفهان، ایران

چکیده

ساخت یک سلول خورشیدی لایه نازک CIGS با بازدهی بالا مستلزم دانش کافی از نحوه لایه نشانی، ضخامت، درصد عناصر و کیفیت نمونه‎‌های ساخته شده است. در این تحقیق با آنالیز غیرمخرب پس پراکندگی رادرفورد نمایه عمقی عناصر مختلف در یک نمونه ساخته شده آزمایشگاهی به‌دست آمد. برای این منظور از پرتو پروتون با انرژی 1350 keV استفاده شد. نتایج آنالیز و شبیه‎‌سازی طیف به‌دست آمده با دقت قابل قبولی ترتیب لایه‌‎ها، ضخامت لایه‎‌ها و درصد عناصر در هر لایه را اندازه‎‌گیری کرد. این تحقیق تأکید می‎‌کند که می‎‌توان با هزینه کمتری نسبت به سایر آنالیزها درصد عناصر در ترکیبات را تعیین کرد. همچنین به‌خاطر عمق نفوذ پروتون براحتی می‌توان برای اندازه گیری عناصر در ترکیبات چندلایه که هر لایه نیز از عناصر مختلفی تشکیل شده است از این آنالیز استفاده کرد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که لایه‎‌های نازکی بین لایه‎‌های اصلی نمونه تشکیل شده که نشان از نفوذ عناصر بین لایه‌‎ها است. مقداری تفاوت از استوکیومتریی در نظر گرفته شده برای نمونه هم مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Estimate of depth profile of elements in CIGS sample using RBS analysis

نویسندگان [English]

  • Vahid Javidpanah 1
  • Mohammad Torkiha Esfahani 1
  • Mehrdad Moradi 2
1 Physics Department, University of Kashan, Kashan, Iran
2 Institute of Nanoscience and Nanotechnology, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

The fabrication of a high-efficiency CIGS thin-film solar cell requires sufficient knowledge of the layer deposition method, thickness, element percentage, and quality of the fabricated samples. In this study, the depth profile of various elements in a laboratory fabricated sample was obtained by non-destructive Rutherford backscattering analysis. For this purpose, a proton beam with an energy of 1350 keV was used. The results of the analysis and simulation of the obtained spectrum measured the order of the layers, the thickness of the layers, and the percentage of elements in each layer with acceptable accuracy. This study emphasizes that the percentage of elements in compounds can be determined at a lower cost than other analyses. Also, due to the depth of proton penetration, this analysis can be easily used to measure elements in multilayer compounds where each layer is composed of different elements. The results obtained showed that thin layers were formed between the main layers of the sample, indicating the diffusion of elements between the layers. Some differences from the stoichiometry considered for the sample were also observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thin film solar cell
  • Ion beam analysis
  • Elemental depth profiling
  • CIGS

مراجع

  1.  W. Grime, O. B. Zeldin, M. E. Snell, E. D. Lowe, J. F. Hunt, G. T. Montelione, L. Tong, E. H. Snell, E. F. Garman. High-throughput PIXE as an essential quantitative assay for accurate metalloprotein structural analysis: Development and Application. J. Am. Chem. Soc. 142 (1) (2020) 185–197.
  2. M. Montazer Zohouri, M. Torkiha, H Taheri. Archaeological/archaeometric study by using PIXE-Analyses on the provenance and production of the lr wares from the underground complex of tappeh ghaleh, Khomein, Iran. J. Archaeological Studies 12 (2) (2020) 205-224.
  3. B. Talebi, M. Moradi. Role of MoS2 and MoSe2 thin films in performance of new-generation CMTSe solar cells fabricated by a quasi-co-evaporation method. Solar Energy 292 (2025) 13449.
  4. M. Saadat, M. Moradi, M. Zahedifar, CIGS absorber layer with double grading Ga profile for highly efficient solar cells. Superlattices and Microstructures 92 (2016) 303-307.
  5. A.G. Karydas, I. Bogdanovic Radovic, C. Streeck, C. Kaufmann, R. Caballero, T. Rissom, B. Kanngieber, B. Beckhoff, M. Jaksic, N.P. Barradas. In-depth elemental characterization of Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells by means of RBS and PIXE technique. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sec. B 331 (2014) 93-95.
  6. S. Lindner, W. Bohne, A. Jager-Waldau, M.Ch. Lux-Steiner, J. Rohrich, G. Vogl. Investigations of atomic diffusion at CIGSSe/ZnSe interfaces with heavy ion elastic recoil detection analysis (HI-ERDA). Thin Solid Films 403 (2002) 432-437.
  7. S. M. Sze, K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices. 3rd ed., Wiley Interscience, Hoboken, 2007.
  8. J. Ramanujam, U. P. Singh. Copper indium gallium selenide based solar cells – Review. Energy Environ. Sci. 10 (6) (2017) 1306-1319.
  9. D. Albin, J. Tuttle, G. Mooney, J. Carapella, A. Duda, A. Mason, R. Noufi, A study on the optical and microstructural characteristics of quaternary Cu (In,Ga) Se2 polycrystalline thin films. IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 21st, Kissimmee, FL, May 21-25, 1990, Conference Record. Vol. 1 (A91-41876 17-44). New York, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1990, p. 562-569.
  10. O. Lundberg, M. Bodegard, J. Malmström, L. Stolt, Influence of the Cu (In, Ga) Se2 thickness and Ga grading on solar cell performance. Prog. Photovoltaics: Res. Appl. 11 (2003) 77-88.
  11. M. Mayar. Improved physics in SIMNRA 7. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sec. B 332 (2014) 176-180.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار