การสังเคราะห์อนุภาคนาโนคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ที่ใช้เป็นชั้นขนส่งโฮลสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกท์ที่มีเสถียรภาพสูง

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการสังเคราะห์อนุภาคนาโนคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ เพื่อนำมาใช้เป็นชั้นขนส่งโฮลในเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกท์ สมบัติของชั้นขนส่งโฮลจำเป็นต้องอยู่ในรูปของฟิล์มบางคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ที่ประกอบไปด้วยอนุภาคที่มีขนาดใกล้เคียงกัน มีความบริสุทธิ์สูงและอยู่ในเฟสเคสเตอไรท์ (kesterite phase) เนื่องจากคุณลักษณะเหล่านี้ส่งผลต่อสมบัติทางแสงและไฟฟ้า และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยงานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์อนุภาคนาโนคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 220 170 และ 120 องศาเซลเซียส และวิธีโซล-เจลที่อุณหภูมิ 300 250 และ 200 องศาเซลเซียส ซึ่งการสังเคราะห์ด้วยอุณหภูมิที่แตกต่างกันนั้นส่งผลต่อขนาด ความเป็นผลึกและความบริสุทธิ์ของผลึก การสังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลที่อุณหภูมิ 220 องศาเซลเซียส ผลึกของคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ที่ได้มีขนาดใกล้เคียงกันโดยมีค่าเฉลี่ยประมาณ 23 นาโนเมตรจากการคำนวณด้วยสมการเชอร์เรอร์ นอกจากนี้ยังมีคุณภาพในด้านความเป็นผลึกและความบริสุทธิ์ของผลึกคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ที่สูงที่สุด และสูงกว่าการสังเคราะห์ด้วยวิธีโซล-เจล ในขณะที่อนุภาคคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์ที่สังเคราะห์ด้วยวิธีโซล-เจลที่อุณหภูมิต่างๆไม่ส่งผลต่อขนาดและความบริสุทธิ์ของผลึกอย่างเด่นชัด อีกทั้งพบว่ามีค่าช่องว่างระหว่างแถบพลังงานประมาณ 1.48 อิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งเหมาะสมในการนำมาใช้เป็นชั้นขนส่งโฮล เมื่อนำอนุภาคคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์มาเคลือบเป็นฟิล์มบางด้วยวิธีหมุนเหวี่ยง (spin coating) ด้วยอัตราหมุน 4,000 รอบต่อนาที เพื่อใช้เป็นชั้นขนส่งโฮลด้วยตัวทำละลายที่เหมาะสมต่อการกระจายตัวของอนุภาคคอปเปอร์ซิงค์ทินซัลไฟด์คือไอโซโพรพิลซัลไฟด์ เมื่อประกอบเป็นเซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกท์ที่สมบูรณ์พบว่าสามารถคงไว้ซึ่งความเสถียรภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ได้เป็นระยะเวลาประมาณ 1,344 ชั่วโมง