รอยต่อแบบโอห์มมิกของเซลแสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางของ CuInSe2

Abstract

ได้ทำการปลูกผลึกของสารกึ่งตัวนำ CuInSe2 จากสภาวะหลอมเหลวด้วยวิธีไดเรกชันนัลฟรีชชิง ในเตาเผาที่สร้างขึ้นเอง ผลึกที่ปลูกได้มีสีดำมีผิวหน้ามันวาว ยาวประมาณ 3 เซนติเมตร และปราศจากรอยแยกในเนื้อผลึก ส่วนผลึกของ CdS เตรียมขึ้นจากสภาวะไอ โดยการระเหิดสารตั้งต้นที่อุณหภูมิ 1150 ºC ในบรรยากาศของก๊าซอาร์กอนบริสุทธิ์ ซึ่งไหลอย่างช้าๆ ผ่านเข้าไปในระบบพร้อมกับเลื่อนเตาที่ใช้ปลูกผลึกด้วยอัตราเร็ว 1.5 มิลลิเมตรต่อชั่วโมง ผลึกที่ปลูกได้มีสีน้ำตาลโปร่งแสงมีขนาด 10 มิลลิเมตร ฟิล์มบางของ CuInSe2 และ CdS เตรียมขึ้นได้จากการระเหยสารตั้งต้นด้วยความร้อน ในระบบสุญญากาศเคลือบบนกระจกสไลด์ โดยควบคุมอุณหภูมิของฐานรองเท่ากับ 150 องศาเซลเซียสขณะทำการระเหย จากการศึกษาผิวหน้าของฟิล์มบางด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าเกรนของผลึกหลายรูปของ CdS มีขนาดประมาณ 0.1 ไมโครเมตร โครงสร้างผลึกของ CuInSe2 เป็นแบบ เททระโกนอล CdS เป็นแบบเวอร์ทไชท์ จากการวัดการส่งผ่านแสงสามารถคำนวณหาค่าช่องว่างแถบพลังงานของ CuInSe2 และของ CdS เท่ากับ 1.03 และ 2.46 eV ตามลำดับ ชนิดการนำไฟฟ้าของ CuInSe2 อาจจะเป็นชนิดเอ็นหรือชนิดพีอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่สำหรับ CdS จะเป็นแต่ชนิดเอ็นเสมอ รอยต่อโอห์มมิกระหว่างโลหะผสมของ In กับ CuInSe2 และกับ CdS ทำได้โดยการแอนนีลที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ในบรรยากาศก๊าซไนโตรเจนเป็นเวลา 20นาที จากการวัดค่าการนำไฟฟ้าของสารตัวอย่างที่เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ทำให้ทราบพลังงานไอออไนช์ของระดับพลังงานสิ่งเจือปนชนิด อินทรินสิกที่เกิดขึ้นใน CuInSe2 ชนิดพี คือ 150 และ 100 มิลลิอิเล็กตรอนโวลต์ แต่สำหรับชนิดเอ็น คือ 100 และ 15 มิลลิอิเล็กตรอนโวลต์ และ ส่วน CdS มีค่าเท่ากับ 68 มิลลิอิเล็กตรอนโวลต์

The crystalline bulk of the semiconducting compound CuInSe2 were grown from the melt by directional freezing method in a home-made tubular furnace. The as-grown ingots, with 3 cm long in black color, presented a shiny free surface without some cracks. Crystals of CdS were grown by vapor phase sublimation method at 1150 ºC in a stream with slowly flow argon at one atmosphere meanwhile slowly moving the furnace with predetermined temperature profile at speed around 1.5 mm/hr. The as-grown crystals with a brown color up to 10 mm in size were obtained. Both of CuInSe2 and CdS thin films deposited by thermal vacuum evaporation technique on slide glass substrates kept at 150 ºC. From scanning electron micrographs, the grain size of polycrystalline CdS thin films about of 0.1 µm could be obtained. The crystal structure of CuInSe2 was found to be tetragonal chalcopyrite but CdS crystallized in the wurtzite-type structure. Energy gap of CuInSe2 and CdS being about 1.03 and 2.46 eV were calculated from the optical transmission measurements. The conductivity type of as–grown CuInSe2 ingots were either p-type or n-type. The most of as–grown CdS bulks were n-type. The contact of In alloy on CuInSe2 and on CdS gave ohmic contact conditions after annealing at 500 ºC for 20 minutes in the nitrogen atmosphere. From electrical conductivity measurements, the ionization energy of intrinsic impurity levels of 150, 100 meV in p-CuInSe2 and of 100, 15 meV n-CuInSe2. For n-CdS, the ionization energy at 68 meV was observed.