سنتز نانوذرات(CZTS) Cu2ZnSnS4 به روش هیدروترمال برای کاربرد سلول خورشیدی

ابزارهای فوتوولتاییک سنتی برای جایگزینی سوخت های فسیلی دارای مشکلاتی از جمله هزینه های بالا ساخت و نصب هستند، لذا در حال حاضر تمرکز بیش تر بر نسل جدید سلول های خورشیدی از جمله کاشی خورشیدی با بازدهی بالاتر و هزینه های قابل قبول تر است. با توجه به ظهور نانولایه ها و همچنین پیشرفت های گسترده صورت گرفته در انتخاب مواد اولیه و دستگاه های اعمال این نوع لایه ها، در مطالعه جاری آماده سازی و دستیابی به شرایط بهینه لایه اصلی کاشی خورشیدی مدنظر قرار گرفته است. بهترین نمونه شامل جوهر فیلم لایه جاذب از ترکیب CZTS و ساخته شده با روش سولوترمال در دمای ºC 550 حاصل شد. با استفاده از آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف سنج رامان (Raman)، به مطالعات فازی نمونه های سنتز شده و همچنین شناسایی گروه های عاملی موجود در ترکیبات پرداخته شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی عبوری (FESEM) برای بررسیریخت شناسی سطح و همچنین ریزساختار جوهرهای تهیه شده و برای آنالیز طیف جذبی فرابنفش- مریی از اسپکتروفوتومتر (UV- Vis Spectrophotometer) استفاده شد. تحلیل XRD ساختار کسیتریت خالص و همچنین وجود فازهای ثانویه در برخی نمونه ها را نشان می دهد و نتایج مشابه حضور فاز خالص کسیتریت و انواع فازهای ثانویه نانوذرات CZTSبا نتایج رامان تشخیص و تایید شده است. در بررسی های مذکور نمونه سنتز شده در دمای ºC550 دارای ساختار بلوری کسیتریت با شدت پیک های مناسب به عنوان مناسب ترین نمونه منتخب شد. میکروسکوپ FESEMنشان می دهد که کلیه نمونه نانو ذرات CZTS دارای شکل گلبرگ مانند داشته به طوری که با افزایش دما شکل گلبرگ ها خمیده می شوند و درنهایت بهترین شرایط همگن بودن ذرات ریخت شناسی نمونه در دمای ºC550 مشاهده شد. همچنین بر اساس نتایج شاخص EDSنمونه ای که در آن بیشترین درصد وزنی عنصر مس و کمترین درصد وزنی عنصر گوگرد را دارا باشد، از نظر کاربرد در ساختارهایی سلول خورشیدی اولویت داشته که چنین مشخصاتی در نمونه سنتز شده در دمای ºC550 نشان داده شده است. نتایج UV-Visنشان داد که باند شکاف اپتیکی نانوذرات CZTSدر بهترین نمونه عدد  eV49/1 است. در مجموع نتایج بررسی ها در این پژوهش گویای مناسب بودن روش سنتز سولوترمال و همچنین تاثیرگذاری دما بر مشخصات نهایی فیلم نازک از جمله نوع ساختار، ریخت شناسی، درصد عبور و انرژی شکاف باندرا نمایش دادند.