การเตรียมผลึกนาโนซิลิคอนและการประยุกต์ใช้งานกับเซลล์แสงอาทิตย์

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ได้มุ่งเน้นการผลิตฟิล์มบางนาโนซิลิคอนดอท (nc-Si dots) ในเฟสของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) ด้วยวิธีเคลือบสารละลายโซล-เจลแบบหมุนเหวี่ยง (sol-gel spin-coating) เพื่อหาแนวทางการนำไปใช้เป็นชั้นหน้าต่างรับแสงที่ความยาวคลื่นกว้างขึ้นให้แก่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนาโนควอนตัมดอท และได้ศึกษาการผลิตฟิล์มบาง SiO2 และฟิล์บาง nc-Si dots ด้วย sol-gel spin-coating ซึ่งเป็นกระบวนการผลิตที่อุณหภูมิห้อง ในบรรยากาศปกติ และเป็นเทคนิคการผลิตที่ไม่พึ่งพาระบบสุญญากาศพิเศษส่งผลให้ต้นทุนการผลิตต่ำและเหมาะกับการผลิตอุปกรณ์ในเชิงพาณิชย์ได้ ฟิล์ม nc-Si dots ที่ผลิตได้ใช้สารละลายแขวนลอยเป็นสารตั้งต้นที่ประกอบด้วยสารละลายตั้งต้นจากเตตระเอทิลออโธซิลิเกต และผงผลึกนาโนซิลิคอน การศึกษานี้ได้ผลิตผงผลึกนาโนซิลิคอนขึ้นเองด้วยวิธีการบดละเอียด ขนาดของผงมีขนาดเล็กไม่เกิน 250 nm คุณภาพความเป็นผลึกนาโนได้ทดสอบด้วยเทคนิคการวัดไมโครรามานสเปกโตรสโคปี พบว่าผง nc-Si ที่สังเคราะห์ได้มีคุณภาพผลึกในระดับนาโนเมตรที่ดี เนื่องจากสเปกตรัมรามานเลื่อนตำแหน่งยอดของความถี่ไปทางความถี่ต่ำลงจาก 521 cm-1 สำหรับแผ่นผลึกเดี่ยวซิลิคอนเป็น 511 cm-1 ผลดังกล่าวสามารถคำนวณหาขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแกนผลึกนาโน (crystalline core) ได้มีค่าประมาณ 3 nm อยู่ในระดับที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นหน้าต่างรับแสงให้แก่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโครงสร้างแทนเดม ผลการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของฟิล์ม SiO2 ด้วยเทคนิคฟลูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี พบยอดของสเปกตรัมหลักแสดงการเกาะเกี่ยวพันธะระหว่างอะตอมของ Si-O-Si ลักษณะนี้สามารถระบุถึงโครงสร้างทางเคมีของฟิล์ม SiO2 ที่ผลิตด้วยวิธี sol-gel อีกทั้งจุดประสงค์ของการเตรียมผง nc-Si dots ด้วยวิธีการบดคือต้องการให้มีสารเจือเกาะเกี่ยวในโครงสร้างของ nc-Si dots เพื่อปรับเปลี่ยนปริมาณสารเจือได้ ในการศึกษานี้จึงได้ใช้เทคนิคการวัดโฟโตอิมิสชันสเปกโตรสโคปี (PES) พบว่ามีสเปกตรัมที่ระดับพลังงาน 187 eV แสดงถึงการมีพันธะเกาะเกี่ยวระหว่างอะตอม B-Si ผลการวิจัยสามารถนำฟิล์มบาง nc-Si dots ที่มีสารเจือในโครงสร้างผลึกนาโน ซึ่งผลิตด้วยวิธี sol-gel spin-coating นำไปพัฒนาผลิตเป็นชั้นหน้าต่างรับแสงที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ จากการเปลี่ยนแปลงขนาดของผลึกนาโนได้

คำสำคัญ