Combined Electrochemical and Chemical Bath Deposition Techniques to Prepare CuSe Thin Film Electrodes for Solar Energy Purposes
Loading...
Date
2014
Authors
Khaled Ali Qasem Murtada
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The copper selenide (CuSe) thin films were prepared using electrochemical deposition (ECD), chemical bath deposition (CBD) and combined CBD/ECD preparation techniques on fluorine-doped tin oxide (FTO) coated glass substrates. Enhancement of deposited CuSe thin film characteristics in photo-electrochemical (PEC) systems was investigated. Deposited CuSe thin films were exposed to different treatment methods and different experimental conditions (deposition time 2, 4 and 6 hr). The films were annealed at 250°C under N2 atmosphere for 1 hour. Cooling of annealed films to room temperature was done using two different methods (slow and fast cooling). K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6/LiClO4 as redox couple was also used in the PEC measurements. The effect of such treatment on electrode PEC characteristics, such as: open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), dark current density-potential (J-V) plots, photo J-V plots, conversion efficiency (ɳ), fill factor (FF), Surface Morphology and stability, was studied.
The characteristics of CuSe thin films in PEC systems were enhanced by using different experimental conditions, annealing and cooling rates. Improving the stability of the prepared CuSe electrode by cleaning and using suitable redox couple was also achieved.
The dark and photo-current density versus potential plots were non-improved by annealing. Cell efficiency (ɳ), fill factor (FF), and short-circuit current densities (Jsc) were enhanced by CuSe films annealing. The best CuSe films are naked and non-annealed CBD/ECD film which the photo J-V plots and cell efficiency was improved significantly.
The effect of coating the CuSe electrodes with MP/polysiloxane (1:4 ratios) was also studied. The (Jsc) values of coated CuSe films were significantly enhanced. The MP/polysiloxane coating introduces a charge-transfer mediator species that enhances current and electrode stability.
The PEC studies and characteristics showed that the 2 hr deposition time (prepared by CBD/ECD) gave films with more uniform, smoother, more homogeneous surfaces, higher conversion efficiency (14.6%) than other counterparts.
تم تحضير أفلام سيلينيوم النحاس ((CuSe الرقيقة باستخدام طرق مختلفة منها الترسيب الكهربي (ECD) والترسيب الكيميائي (CBD) ثم طريقة الجمع بين الطريقتين سابقتي الذكر، على شرائح من الزجاج الموصل (FTO/coated). وقد تم دراسة خصائص كافة الافلام المحضرة في تحويل الضوء الى كهرباء بالطريقة الفوتوكهروكيميائية. وقد تم معاملة الافلام المحضرة بعدة طرق مختلفة وظروف تجريبية مختلفة. وقد تم التحكم بعدة متغيرات منها: زمن الترسيب (2, 4, 6 ساعة)، درجة التسخين (الشيّ)، وطريقة التبريد. تم كذلك دراسة تأثير الشيّ (التسخين) عند درجة حرارة 250 مئوية ولمدة ساعة زمنية واحدة على خصائص الأفلام المحضرة. وقد تم تبريد الأفلام المشوية إلى درجة حرارة الغرفة باستخدام طريقتين مختلفتين )التبريد البطيء والسريع). وتم أيضاً استخدام زوج التأكسد والاختزال K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6/LiClO4 في قياس تحويل الضوء الى كهرباء. حيث بنيت هذه الدراسة على قياس عدة عوامل مثل: جهد الدارة المفتوح (Voc), كثافة تيار الدارة القصيرة (Jsc)، منحنيات كثافة تيار الظلمة (dark J-V plots) مقابل الجهد، منحنيات كثافة تيار الاضاءة (Photo J-V plots) مقابل الجهد، وكفاءة الخلية في تحويل الضوء الى كهرباء (% efficiency), وتضاريس السطح, علاوة على ثباتها مع الوقت. وقد وجد ان زمن الترسيب لمدة (2 ساعة) يعطي افضل كفاءة في تحويل الضوء الى كهرباء مقارنة بنظائره الاخرى. كما وجد ان الافلام المشوية على درجة حرارة 250 مئوية, متبوعة بالتبريد السريع أو التبريد البطيء اعطت اقل كفاءة في تحويل الضوء الى كهرباء مقارنة بنظائرها غير المشوية. علاوة على ذلك فقد تم طلاء سطوح افلام CuSe المحضرة بمركبات البورفينات/ بوليمر بولي سايلوكسين (MP-Sil) حيث وجد ولأول مرة ان عملية الطلاء تقلل من كفاءة وثبات الالكترود في عمليات التحويل الضوئي الى تيار كهربائي.
تم تحضير أفلام سيلينيوم النحاس ((CuSe الرقيقة باستخدام طرق مختلفة منها الترسيب الكهربي (ECD) والترسيب الكيميائي (CBD) ثم طريقة الجمع بين الطريقتين سابقتي الذكر، على شرائح من الزجاج الموصل (FTO/coated). وقد تم دراسة خصائص كافة الافلام المحضرة في تحويل الضوء الى كهرباء بالطريقة الفوتوكهروكيميائية. وقد تم معاملة الافلام المحضرة بعدة طرق مختلفة وظروف تجريبية مختلفة. وقد تم التحكم بعدة متغيرات منها: زمن الترسيب (2, 4, 6 ساعة)، درجة التسخين (الشيّ)، وطريقة التبريد. تم كذلك دراسة تأثير الشيّ (التسخين) عند درجة حرارة 250 مئوية ولمدة ساعة زمنية واحدة على خصائص الأفلام المحضرة. وقد تم تبريد الأفلام المشوية إلى درجة حرارة الغرفة باستخدام طريقتين مختلفتين )التبريد البطيء والسريع). وتم أيضاً استخدام زوج التأكسد والاختزال K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6/LiClO4 في قياس تحويل الضوء الى كهرباء. حيث بنيت هذه الدراسة على قياس عدة عوامل مثل: جهد الدارة المفتوح (Voc), كثافة تيار الدارة القصيرة (Jsc)، منحنيات كثافة تيار الظلمة (dark J-V plots) مقابل الجهد، منحنيات كثافة تيار الاضاءة (Photo J-V plots) مقابل الجهد، وكفاءة الخلية في تحويل الضوء الى كهرباء (% efficiency), وتضاريس السطح, علاوة على ثباتها مع الوقت. وقد وجد ان زمن الترسيب لمدة (2 ساعة) يعطي افضل كفاءة في تحويل الضوء الى كهرباء مقارنة بنظائره الاخرى. كما وجد ان الافلام المشوية على درجة حرارة 250 مئوية, متبوعة بالتبريد السريع أو التبريد البطيء اعطت اقل كفاءة في تحويل الضوء الى كهرباء مقارنة بنظائرها غير المشوية. علاوة على ذلك فقد تم طلاء سطوح افلام CuSe المحضرة بمركبات البورفينات/ بوليمر بولي سايلوكسين (MP-Sil) حيث وجد ولأول مرة ان عملية الطلاء تقلل من كفاءة وثبات الالكترود في عمليات التحويل الضوئي الى تيار كهربائي.