ساخت و بررسی تاثیر آلایش Al و تابش لیزر بر ویژگی های لایه نازک اکسید روی

STUDENT

DEGREE

YEAR

abstrac In this thesis, preparation and investigation of pure and Aluminum doped Zinc Oxide for use as traarent conductive oxide films of solar cells thin films. Thus, ZnO and AZO thin films (0, 3, 6 and 12 molar%) prepared by spincoating method and sol gel process on glass substrates. After sample preparation, the effect of annealing temperature, the dopping Al and laser irradiation on surface of films investigated. Study of structural properties of the samples, confirmed hexagonal wurtzite for ZnO thin film annealed at it above 400 °C. XRD spectra of samples indicated, the improvement in structural properties with increasing annealing temperature and after laser beam interacts with the sample surface. Also, this spectrum confirmed increasing in amorphous phase and decreasing in crystalline size with increased in Al content. Surface morphology of samples studied by atomic force microscopy and field emission scanning electron. Optical transmission spectra analysis investigated for all samples, transmission over 80 %. Also, calculated the band gap energy of ZnO and AZO thin films showed the effect of various parameters on the band gap energy changes. PL spectra of the samples comfirmed the existence of structural defects such as oxygen vacancies and and interstitials Zn and showed the increasing in electron donors after laser irradiation. The X-ray photoelectron spectroscopy analysis, showed oxygen vacancies for sample with 6 % molar Al before and after laser irradiation. Real-time measurement of electrical conductivity during laser irradiation showed a transient photocoductivity effect for 0 at. % Al and annealing temperature below 450 °C and persistent conductivity for 500 °C. Moreover, a persistent conductivity was observed for almost all the AZO films. For each sample types (0-12 at. % Al) the persistent photoconductivity was higher at 500 °C. while, the sample with 6% Al showed a high conductivity even at 450 °C. Reduce the electrical resistance of samples was attributed to create the electron donors after laser radiation. Keywords: Traarent conductivity oxide film, Zinc oxide, Thin film, Sol gel, Doped whit Al, Laser irradiation.

: در این پایان نامه، لایه نازک اکسید روی خالص و آلائیده با آلومینیوم برای کاربری به عنوان لایه ی رسانای اکسیدی شفاف در سلول های خورشیدی لایه نازک، ساخته شد و مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور لایه های نازک ZnO و AZO (0، 3، 6 و 12 درصد مولی آلومینیوم) به روش لایه نشانی چرخشی بر پایه سل ژل بر روی زیرلایه ی شیشه ساخته شد. بعد از ساخت نمونه ها، به بررسی اثر دمای پخت، آلایش Al و تابش لیزر به سطح لایه ها پرداخته شد. بررسی ویژگی های ساختاری نمونه ها، شکل گیری ساختار ورتسایت هگزاگونال برای نمونه ها پخت شده در دمای بالاتر از °C 400 را تایید کرد. طیف XRD نمونه ها بهبود ویژگی های ساختاری آن ها را با افزایش دمای بازپخت و همچنین بعد از برهمکنش سطح نمونه ها با پرتو لیزر نشان داد. همچنین این طیف، افزایش فاز آمورف و کاهش اندازه ی ذرات با افزایش میزان آلایش Al را تایید کرد. مورفولوژی سطحی نمونه ها توسط میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز طیف عبور اپتیکی، برای تمامی نمونه ها عبور اپتیکی بیش از 80 درصد را نشان داد. همچنین محاسبه ی گاف انرژی لایه نازک ZnO و AZO، تاثیر پارامترهای مختلف بر تغییرات گاف انرژی را نشان داد. مطالعه ی طیف PL نمونه ها، وجود نواقص ساختاری مانند تهی جاهای اکسیژن و اتم های روی میان شبکه ای را تایید، وافزایش دهنده های الکترون بعد از تابش لیزر به سطح نمونه ها را نشان داد. آنالیز طیف سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس، وجود تهی جای اکسیژن را برای نمونه ی 6 درصد مولی Al، قبل و بعد از تابش پرتو لیزر نشان داد. اندازه گیری همزمان رسانندگی الکتریکی در طول تابش لیزر، رسانندگی ناپایدار برای ZnO خااص پخت شده در دماهای زیر °C 450 و رسانندگی پایا برای نمونه های پخت شده در دمای °C 500 را نشان داد. اگرچه، رسانندگی پایا برای همه ی نمونه های AZO مشاهده شد. برای تمامی نمونه ها (0 تا 12 درصد مولی Al) رسانندگی پایا در دمای پخت °C 500 بیشتر از همه بود. در حالی که برای نمونه ی 6 درصد مولی Al رسانندگی پایای قابل توجهی در دمای °C 450 نیز مشاهده شد. کاهش مقاومت الکتریکی نمونه ها در اثر تابش پرتو لیزر به سطح آن ها، به ایجاد دهنده های الکترون و بهبود ویژگی های بلوری لایه نازک نسبت داده شد. کلمات کلیدی: لایه رسانای اکسیدی شفاف، اکسید روی، لایه نازک، سل ژل، آلایش با Al، تابش لیزر.