1. Yupqa qatlamli quyosh elementi Sb

QE larning hozirgi kundagi ilmiy muammolari ularning samadorligini oshirish va nazariy yoʼl bilan hisoblangan qiymatlariga erishish. Shuning uchun hozirgi kunda dunyodagi yetakchi ilmiy markazlar va universitetlarda tomonidan Sb₂Se₃yupqa qatlami asosidagi yupqa qatlamli quyosh elementining samaradorligini oshirish uchun quyidagi ilmiy muammolarni yechish vazifasi

qoʼyilgan:
1. Yupqa qatlamli quyosh elementi Sb₂Se₃uchun yangi turli strukturalarni va vakuumsiz texnologiyani tadbiq qilish.
2. Turli usullar bilan morfologiyasi yuqori sifatli, donachalar oʼlchami 2-3 mkm va afzal orientatsiyaga ega Sb₂Se₃yupqa qatlamlarni oʼstirish.

3. Yuqoridagi keltirilgan m

aʼlumotlarni taxliliga koʼra QE ning salt yurish kuchlanishi, qisqa tutashuv toki va toʼldirish koeffitsienti Sb₂Se₃baza qatlamining tarkibiga bogʼliq. Oʼstirish jarayonida Sb₂Se₃baza qatlamining taqiqlangan sohasini Sb/Se nisbatini boshqarish yoʼli bilan oʼzgartirib quyosh elementining USYu, IQT va FF ni optimal qiymatlariga erishish mumkin. KMDO usuli Sb₂Se₃baza qatlamining tarkibini boshqarish imkonini beradi.
Dissertatsiyaning ishining asosiy maqsadi laboratoriyada KMDO usul bilan yuqori sifatli Sb₂Se₃yupqa qatlamlarini oʼstirish va ularning fizik xossalarini tadqiqot qilish.
Tadqiqot mavzusi boʼyicha adabiyotlar sharhi (tahlili): Hozirgi kunda biz taklif etayotgan Sb₂Se₃materiali yupqa qatlamli quyosh elementlari uchun juda yaroqli hisoblanadi. Sababi ushbu materialning fizik xossalari yaʼni: p- tip oʼtkazuvchanligi, taqiqlangan sohasi Eg=1,07-1.17 eV, yuqori yutilish koeffitsienti α˃ 10⁵ sm^-1, erish harorati pastligi va yuqori bugʼ bosimiga
egaligidir [10]. Bu esa past haroratda yuqori sifatli yupqa qatlam oʼstirishga imkon beradi.Cu(In,Ga)(Se,S)₂ xossalariga juda yaqin. Bundan tashqari ushbu materialga kiruvchi elementlarning arzonligi, zararli emasligi va tashqi muhitga barqarorligi kelgusida arzon, ekologik toza va yuqori samarali yupqa qatlamli quyosh modullarini sanoat miqyosida keng koʼlamda ishlab chiqishni yanada rivojlanishiga yoʼl ochib beradi.
Soʼngi yillarda Sb₂Se₃yupqa qatlamlarni olish usullarini ishlab chiqish, yangi strukturalarni tadbiq qilish va ularning fizik xossalarini mukammal tadqiqot qilish quyosh elementining samadorligini oshirishga olib kelgan
Bundan tashqari quyosh elementining samadorligi QE ning bazaviy qatlamini olish usullariga juda katta bogʼliq. Bugungi kunda yuqori sifatli, yaʼni faza tozaligi, kristallik, kristallar oʼlchami bir necha mikronli, jipslashlan, toʼgʼri oʼtishli, va yuqori yutilish bazaviy qatlamni olish uchun yuqori- past vakuumli va kimyoviy usullar qoʼllanib kelmoqda [12]. Vakuumsiz usullar oʼzining maʼlum avzalliklariga ega.Ushbu usullarda oʼstirilgan Sb₂Se₃yupqa qatlamlarning fizik xossalarining natijalari kuyidagi maqolada toʼliq keltirilgan. Keltirilgan maqolalarning natijalariga koʼra baza qatlami ushbu usullar bilan oʼstirilgan QE larning samaradorligi 6.2% oshmagan [13].
Bugungi kunda dunyodagi yetakchi ilmiy markazlar va universitetlarda Sb₂Se₃asosidagi yupqa qatlamli QElarining samaradorligini oshirish boʼyicha olib borilayotgan ilmiy tadqiqot natijalari dunyoning nufuzli ilmiy jurnallarida chop etilmoqda [14,15,16]. Nufuzli ilmiy jurnallarda chop etilayotgan ilmiy maqolalar Xitoy, Аmerika, Yevropa va Oʼzbekiston davlatlarining ilmiy tadqiqotchilariga toʼgʼri keladi.
Hozirgacha Sb₂Se₃ yupqa plyonkalarini yotqizish bir qancha o'sish usullari bilan o'rganilgan. Sb₂Se₃ ni tayyorlash uchun fizik yotqizish usullari fizik bug'cho'kishi [100], termal bug'lanish [101], vakuumli bug'lanish [102], tez issiqlik bug'lanishi ( tez issiqlik bug'lanishi-RTE) [103]. Bug 'tashish cho'kmasi (VTD) [57], magnetronli purkash [104], yopiq hajmli sublimatsiya (CSS) [105] kimyoviy molekulyar nurli birikma (CMBD) [106] va impulsli lazer birikmasi (PLD) [107] o'sishin Sb₂Se₃ning kimyoviy usullariga elektrodepozitsiya [108], vannadagi kimyoviy cho'kma [45], ketma-ket ionli qatlamli adsorbsiya va reaktsiya SILAR [109, 85-111], solvotermik sintez kiradi. [83], burama qoplamali [110,111] va bug 'suyuq-qattiq VLSning o'sishi [112]. 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. Shuning uchun, biz keyingi bo'limda Sb₂Se₃ olish uchun o'sishning to'rtta usulini qisqacha taqdim etamiz. O'sish usullaridan tashqari, ishlov berishdan keyingi bir qancha jarayonlar, ya'ni issiqlik bilan ishlov berish [113,], kimyoviy tozalash [58,114, ] va doping [76,80,] moddiy xususiyatlari va qurilmaning ish faoliyatini yaxshilash uchun qo'llanilgan, bu ham quyida muhokama qilingan.
1.2.1. Yopiq hajmda sublematsiya (Close Space Sublimation-CSS).
Nisbatan past narx va yuqori o'sish tezligi CSS -ning asosiy afzalliklari hisoblanadi. Bu usul fotovoltaik dasturlar uchun CdTe [115,] kabi yarimo'tkazgichli birikmalarni yotqizishda keng qo'llaniladi. Yaqinda bu usul Sb₂Se₃ quyosh batareyalarini ishlab chiqarishda ham ishlatilgan. [116,]. Sb₂Se₃ manbai (chang) va substrat navbati bilan grafit blokining pastki va yuqori qismlariga joylashtiriladi. Sb₂Se₃ CSS-ga joylashtirilgan quyosh batareyalarining aksariyati juda tez konfiguratsiya bilan ishlab chiqarilgan. Biroq, JN = 32,58 mAsm^-2, UOS = 400 mV va FF = 70,3% da 9,2% eng yuqori samaradorlik ZnO konfiguratsiyasi bilan olingan: Al / ZnO / CdS / TiO₂ / Sb₂Se₃ / MoSe₂ / Mo [1].

1.2.2. . Bug’ yordamida o’tkazish (RTE-Rapid Thermal Evaporation).

RTE ning yog'ingarchilik printsipi CSS usuliga juda o'xshaydi. Shuning uchun manbadan substratgacha bo'lgan masofa <10 mm. CSS -dan farqli o'laroq, RTE bir necha o'n soniyalarda juda qisqa o'sish vaqtidan foydalanadi, bu esa qayta ishlash xarajatlarini yanada kamaytirishi mumkin. Cho'kish vaqti qisqa bo'lsa -da, RTE kristalli nukleatsiya va morfologik nazorat uchun etarli ekanligi aniqlandi [3]. RTE -ga joylashtirilgan Sb₂Se₃ plyonkalarining ko'pchiligi qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishga muhtoj emas edi, shuning uchun bu usul oxirgi 4-5 yil ichida 2% -7% oralig'ida yuqori rentabellikga ega bo'lgan bir nechta quyosh batareyalarini tayyorlashda juda samarali bo'ldi.

Bugungi kunga kelib, RTE, Sb₂Se₃ bazasida yotqizilgan yupqa plyonkali quyosh batareyalari 7% eng yuqori samaradorlikka erishdi, JO ≈ 29 mAsm^-2, UOS ≈ 410 mV va FF = 59,3% oddiy tuzilish uchun ITO / CdS / Sb₂Se₃ / Au [118]. Biroq, bu usulning asosiy kamchiliklari quyidagilardan iborat: 1) nuqson zichligini kamaytirish orqali kristallarning sifatini yanada yaxshilash zarurati, bu asosan manba va substrat orasidagi masofaning kichikligi, shuningdek joylashish vaqtining juda qisqa bo'lishi bilan bog'liq. , bu juft elementlarni aralashtirishni qiyinlashtiradi. 2) RTE vakuumga asoslangan usul bo'lgani uchun, cho'ktirish xarajatlari vakuumsiz kimyoviy o'sish usullariga qaraganda yuqori bo'lishi mumkin.

1.2.3 Tez termik bug’lanish –(Vapor Transport Deposition VTD).

VTD usulida o'sish kinetikasi va material sifatiga ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan eng muhim cho'kma parametrlari manbadan substratgacha bo'lgan masofa, manba va substratning harorati va atrofdagi gazlarning qisman bosimi hisoblanadi. VTDda o'stirilgan namunalar RTE yordamida o'stirilgan namunalarga qaraganda yuqori sifatli kristallar va nuqson zichligi pastligini ko'rsatdi, shuning uchun VTD qo'yilgan yupqa plyonkali Sb₂Se₃ quyosh xujayralari JO = 29,9 mAsm^-2, UOS da eng yuqori samaradorlikni 7,6% ga berdi. = 420 mV va FF = 60,4% quyosh xujayralarining oddiy tuzilishi uchun ITO / CdS / Sb₂Se₃ / Au [56, 9: 2179].

Rasm1.6.1. VTD sxemasi
1.2.4. Spin qoplash
Bu vakuumli kimyoviy biriktirish usuli emas. Eritma pH, ion kontsentratsiyasi, murakkablashtiruvchi moddalar, harorat, aylanish tezligi va qoplama qatlamlarining soni kabi bir qancha parametrlar qoplama o'sishining kinetikasi va termodinamikasini nazorat qilish uchun so’zlanishi mumkin. Bu usul nafaqat oddiy va iqtisodiy, balki bir qancha afzalliklarga ega. Masalan, tashqi aralashmalarni plyonkalarga kiritish, quyosh batareyalarining fizik xususiyatlarini optimallashtirish uchun muhim bo'lgan prekursor eritmasiga mos eriydigan qo'shimchalarni qo'shish orqali osonlik bilan erishiladi. Bu usul yordamida [119], Sb₂Se₃ sezgirlashgan noorganik-organik heterojunksiyali quyosh hujayralari bitta prekursor manbai Sb₂Se₃ (Se-SPP) bilan JK = 27,2 mA / sm², UOC = 340 mV bilan 3,9% samaradorlikka erishdi. va FF = 41.9. % FTO / TiO₂ / CdS / / HT Sb₂Se₃ L / Au qurilmasining tuzilishi uchun [110,].

Bu xilma-xil usullarni umumlashtirish uchun 1.7-rasmda Sb₂Se₃ ning QK egri chizig'i va tashqi kvant samaradorligi (EQE) spektrlari ko'rsatilgan. o'sish usullari yuqorida ishlab chiqarilgan qurilmalar. Kutilganidek, CSSda yetishtiriladigan chempion FE eng yuqori FFga ega, sentrifugalangan FE esa eng past FFga ega. VTD va RTE qurilmalari xuddi shu tadqiqot guruhi tomonidan ITO / CdS / Sb₂Se₃ / Au qurilmasining bir xil tuzilishi yordamida tayyorlanganligi sababli, qurilmalar o'xshash J-V egri chizig'iga ega; ammo, birinchi SC ikkinchisidan bir oz yuqori oqim zichligiga ega. Bu farq asosan FIK Sb₂Se₃ plyonkasining kristal sifati yaxshilanganligi bilan bog'liq. Boshqa tomondan, SE CSS boshqa tengdoshlariga qaraganda, spektrning uzun to'lqinli hududida yuqori EQEga ega. Biroq, bu ilg'or qurilma past to'lqin uzunligida past EQE ko'rsatdi. Bu, ehtimol, ZnO: Al / ZnO / CdS / TiO₂ / Sb₂Se₃ / MoSe₂ / Mo o'tkazuvchanligining pasayishi bilan bog'liq. Qizig'i shundaki, shunga o'xshash CdS / TiO₂ tampon qatlamlari VTD va spin bilan qoplangan qurilmalarda ishlatilgan, lekin oxirgi SE birinchi hujayraga nisbatan qisqa to'lqinli hududda yuqori EQE ko'rsatdi. Bu ishlash farqining sababi noma'lumligicha qolmoqda.

1.7-rasm (A) J-V egri chiziqlari va (B) har xil o'sish usullari yordamida ishlab chiqarilgan Sb₂Se₃ quyosh xujayralarining EQE spektrlari
1.3.Sb₂Se₃ yupqa qatlam asosidagi quyosh elementlari
Sb₂Se₃ yupqa qatlamini olish va ularning fizik xossalarini tadqiqot qilish 1950 yillarda boshlangan. Sb₂Se₃ yupqa qatlami asosidagi yupqa qatlamli quyosh elementlari bilan ishlash 1982 yillari boshlangan va samadorligi 1% quyosh elementi olingan 9,10,11. 2014- yillarga kelib Sb₂Se₃ yupqa qatlamlarni olish usullarini ishlab chiqish, yangi strukturalarni tadbiq qilish va ularning fizik xossalarini mukammal tadqiqot qilish quyosh elementining samadorligini oshirishga olib keldi. Hozirgi kunda yangi strukturalarni ITO/CdS/ Sb₂Se₃/Au; oyna/Mo/ Sb₂Se₃/i-ZnO/ZnO:Al/Ag; FTO/TiO₂/CdS/ Sb₂Se₃ /electrolyte/Pt qoʼllash samaradorligi1 7,6%; 9,2 %; 3,21% teng quyosh elementini olishga erishilgan. Bundan tashqari quyosh elementining samadorligi QE ning bazaviy qatlamini olish usullariga ham bogʼliq. Bugungi kunda bazaviy qatlamni olish uchun vakuumsiz, yuqori vakuumli va past vakuumli usullar qoʼllanib kelmoqda. Vakuumsiz usullar oʼzining maʼlum avzalliklariga ega.
Markazdan qochma usuli bilan samaradorligi 3,9% quyosh elementi olingan12. 2014 yil Tang guruhi termik bugʼlatish usuli bilan smaradorligi 2,1 % teng quyosh elementi olishga erishgan 13. 2017 yilga kelib ular bazaviy qatlamni selenizatsiya qilish yoʼli bilan KE samaradorligini 5,76% yetkazgan14. Shuningdek G. X. Liang va C. Yuan tomonidan magnitron changlatish usuli bilan samaradorligi 3,47% quyosh elementi tayyorlangan15. Bundan tashqari Sb₂Se₃ elementining erish harorati pastligi va bugʼlanish bosimi yuqori boʼlganligi sababli, Tang gruhi Sb₂Se₃ kukini past vakuumda maʼlum bir haroratda tezda sublimatsiya boʼlishini va yuqori sifatli Sb₂Se₃ polikristal yupqa qatlamini olish mumkinligini aniqlaganlar. Shunga asoslanib tezkor issiqlik jarayoni taklif qilingan va past vauumli ((8 mTorr) usulida samaradorligi 5,6% teng quyosh elementini olishga erishgan16. 2018 yilda Wen gruhi tomonidan esa bugʼ bilan oʼtkazish usuli yordamida samaradorligi 7,6% teng QE olingan4. 2019 yilda Z. Li guruhi yopiq hajmda sublimatsiya usuli bilan hozirgi kunda samaradorligi eng yuqori boʼlgan (9,2% ) asosidagi yupqa qatlamli quyosh elementini olishga erishilgan3.
Bugungi kunda dunyodagi yetakchi ilmiy markazlar va universitetlarda Sb₂Se₃ asosidagi yupqa qatlamli QElarining samaradorligini oshirish boʼyicha olib borilayotgan ilmiy tadqiqot natijalari dunyoning nufuzli ilmiy jurnallarida chop etilmoqda2,3,17,18. Nufuzli ilmiy jurnallarda chop etilayotgan ilmiy maqolalar Xitoy, Аmerika va Yevropa davlatlarining ilmiy tadqiqotchilariga toʼgʼri keladi.