كلية التربية للعلوم الصرفة

رسالة ماجستير في كلية التربية للعلوم الصرفة عن تأثير تغيير طبقات مختلفة على أداء الخلية الشمسية CdTe باستخدام برنامج المحاكاة SCAPS-1D ناقشت كلية التربية للعلوم الصرفة بجامعة الموصل رسالة ماجستير عن دراسة تأثير تغيير طبقات مختلفة على أداء الخلية الشمسية CdTe باستخدام برنامج المحاكاة SCAPS-1D، اليوم الثلاثاء 17/8/ 2021 ، حضر جانبا منها الأستاذ المساعد الدكتور قيس إسماعيل إبراهيم المحترم عميد الكلية ورئيس قسم الفيزياء الاستاذ المساعد الدكتور ياسر يحيى قاسم المحترم وعدد من تدريسيي الكلية.تكونت الرسالة التي تقدم بها الطالب عدنان حسن خضر في قسم الفيزياء من خمسة مراحل:في المرحلة الأولى من هذه الدراسة وهي تركيب هيكل الخلية الشمسية ذات الكفاءة الأعلى المكونة من خمس طبقات ( طبقة السطح الخلفي Back Surface Filed Layer وطبقة الإمتصاص Layer Absorber والطبقة النافذة Window Layer والطبقة الخازنة Buffer Layer وطبقة أُوكسيد الموصل الشفاف Transparent Conductive Oxides)، والتي تم تصميمها بتجريب عدد من المواد لكل طبقة من طبقات الخلية الشمسية، واختيار الطبقة الأمثل التي عندها تكون كفاءة الخلية الشمسية عالية، وتم ذلك عن طريق محاكاة هياكل الخلايا الشمسية المتكونة باستخدام البرنامج الحاسوبي SCAPS-1D، في البداية تم اختيار الكادميوم تيلورايد CdTe كطبقة امتصاص Layer Absorber، ثم إختيار كبريتيد الكادميوم المؤكسج CdS:O كطبقة نافذة Window Layer والتي تمثل الشريك الأنسب لطبقة الامتصاص CdTe، وبعدها تم اختيار أًوكسيد القصدير المطّعم بالفلور FTO كطبقة أُوكسيد الموصل الشفاف TCO، ومن بعدها تم إضافة ستانيت الزنك Zn2SnO4 كطبقة خازنة Buffer Layer إلى الخلية الشمسية، وأخيراً تم اختيار تيلورايد النحاس Cu2Te ليكون طبقة السطح الخلفي Back Surface Filed Layer في الخلية الشمسية. في المرحلة الثانية من هذه الدراسة وبعد تثبيت طبقات الخلية الشمسية، تمت دراسة تأثير أسماك الطبقات المختارة على منحني الخواص الكهربائية (I-V) المتمثلة بفولتية دائرة المفتوحة (Voc) Open Circuit Voltage وكثافة تيار دائرة القصر Short Circuit (JSC) Current وعامل المليءFill Factor (FF) وكفاءة الخلية Efficiency(ƞ)، تم تثبيت الأسماك التي تكون عندها أعلى كفاءة للخلية، وحُصل على هيكل الخلية المُعتمدة في هذه الدراسة المتكونة من الطبقات والأسماك التالية: Cu2Te=1µm, CdTe=0.25µm, FTO=0.1µm, Zn2SnO4=0.050µm, CdS:O=0.025µm. في المرحلة الثالثة من هذه الدراسة هي دراسة تأثير إضافة طبقة Buffer Layer على سُمك الطبقة النافذة ووجد أنها تُساعد على تقليل سُمك الطبقة النافذة، إذ تم تقليل سُمك الطبقة النافذة CdS:O من (0.1µm) إلى (0.025µm) بعد إضافة طبقة BL والتي تعمل على تقليل تيار التسرب الأمامي مما تزيد من كفاءة الخلية ƞ. كما تم دراسة تأثير سُمك طبقة BSF على سُمك طبقة الامتصاص، تعمل طبقة السطح الخلفي BSF على تحسين كفاءة الخلية الشمسية مع الأسماك المثلى لطبقة الامتصاص، إضافة طبقةBSF إلى الخلية التي تسهم في تقليل سُمك طبقة الامتصاص من (1.5µm) إلى (0.25µm) كما زاد كفاءة الخلية ƞ من (19.11%) إلى (26.33%). في المرحلة الرابعة من هذه الدراسة هي دراسة تأثير فجوة الطاقة لطبقة السطح الخلفي Cu2Te ووجد أن أعلى كفاءة (26.33%) استحصلت عندما كانت فجوة طاقة (1.18eV). وأن أفضل كفاءة (26.48%) وجدت عندما كانت فجوة الطاقة لطبقة الامتصاص CdTe (1.65eV)، بينما فجوة الطاقة للطبقة النافذة CdS:O عندما كانت أقل من فجوة الطاقة لطبقة الامتصاص تدهورت مخرجات الخلية الشمسية. وفي المرحلة الخامسة من هذه الدراسة تم دراسة تأثير درجة الحرارة للخلية المُعتمدة على منحني الخواص الكهربائية (I-V)، إذ وجد أن الكفاءة ƞ تتناقص مع زيادة درجات الحرارة، وعند إجراء مقارنة أداء الخلية قبل وبعد إضافة طبقة BSF، وجد أن إضافة طبقة BSFتزيد من استقرار الخلية. جميع مراحل الدراسة تمت بتثبيت طيف الإضاءة الافتراضي على المقياس العالمي (AM1.5)، ودرجة الحرارة عند درجة حرارة الغرقة (300K)، والتردد (1MHz) والفولتية (0V)، كما أن مقاومة التوالي (Rs) Series Resistanceومقاومة التوازي RsH))Shunt Resistance لم يتم تفعيلهُما على اعتبار أن الخلية هي خلية مثالية.تراس لجنة المناقشة الأستاذ المساعد الدكتور مازن احمد عبد غزال من كلية العلوم/جامعة الموصل وعضوية كل من الأستاذ المساعد الدكتور رافع يونس جاسم من جامعة تكريت والمدرس الدكتور معتز صالح حسن الجبوري/كلية التربية للعلوم الصرفة/جامعة الموصل، وباشراف وعضوية الأستاذ المساعد الدكتور رعد احمد رسول/كلية التربية للعلوم الصرفة/جامعة الموصل.وتم قبول رسالة الماجستير فألف مبروك للطالب والمشرف والكلية على هذا الإنجاز العلمي.