Synthesis and Characterizations of Cu2NixZn1-xSnS4 for Solar Cells Applications (x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4)

Abstract

Abstract In This work synthesized Cu2NixZn1-xSnS4 samples and studied structural and optical properties and calculated efficiency of the cells. The Cu2NixZn1-xSnS4 samples, when (x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3and 0.4) were synthesized using hydrothermal method at 100C° for 4 hrs. Synthesized, structured and optical properties were studied in details using Fourier Transform Infrared spectroscopy (FT-IR) and Ultraviolet Visible Spectroscopy(UV-visible).FT-IR spectroscopy confirmed of spinal solar cells showing the absorption band around 662 cm-1, 1115 cm-1, 1641 cm-1, 2352 cm-1, 2924 cm-1 ,and 3260 cm-1. Absorption was found to be 0.0910 (a.u), 0.0898 (a.u), 0.0790 (a.u), 0.0677 (a.u) and 0.0609 (a.u) at the same wavelength 427.331 nm, and the absorption coefficient was found to be 420.527 %, 415.689 %, 368.768 %, 321.023 % and 290.322 % at the same wavelength 472.067 nm. The optical band gap energy were calculated using UV-Vis Spectroscopy, they were found to be 2.600 eV, 2.612 eV, 2.625 eV, 2.648 eV, and 2.664 eV which are semiconductor. The I-V curve was used to calculate the efficiency cells. The efficiency obtained from the cells were 0.142 %, 0.134 % , 0.126 % , 0.113 % and 0.1003 %, respectively. The energy band gap increased with the increasing of Ni concentration and the efficiency of cells were decreasing, due to the nickel effectiveness. In the future work, we recommend to use other chemical elements, with various methods, to study temperature effect and use of XRD technique.

المستخلص يهدف هذا العمل إلي تحضير العينات ودراسة الخصائص التركيبية والضوئية وحساب كفاءة الخلايا الشمسية المصنعة. تم تحضير العينات ذات الصيغة الكيميائية Cu2NixZn1-xSnS4 حيث x = 0,0 , 0,1 , 0,2 , 0,3 و 0,4 باستخدام الطريقة الحرارية المائية في درجة حرارة 100 درجة مئوية خلال 4 ساعات. و ركزت الدراسة على تحضير الخواص التركيبية و الخواص الضوئية للعينات . باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء, مطياف الأشعة فوق البنفسجية و الضوء المرئي. و تم التحق من الروابط الكيميائية للمركبات بواسطة مطياف الأشعة تحت الحمراء و وجدت أنها تتمركز حول 662 سم-1 , 1115 سم-1 , 1641 سم-1 , 2352 سم-1 و 2924 سم-1. ووجد أن الامتصاصية نقصت من 0,0910 إلى 0,0609 لتر/ مول.سم عند الطول الموحي 427.331 نانومتر أما معامل الامتصاص أيضا نقصت من 420.527 % إلى 290.322 % عند الطول الموحى 472.067 نانومتر . كما تم حساب فجوات الطاقة من بيانات مطياف الأشعة فوق البنفسجية و الضوء المرئي ووجدت أنها 2.600 , 2.612 , 2.625 , 2.648 و 2.664 إلكترون.فولت مما يعني أنها أشباه موصلات. كما تم استخدام منحنى (الجهد– التيار) للخلايا الشمسية لقياس كفاءة الخلايا. وكانت الكفاءة في الخلية المصنعة هي 0,14 % , 0,13 %, 0,126 %,0,113 % و3 0,100 % بالترتيب. ووجد أن كلما زاد تركيز النيكل تزيد فجوة الطاقة و تقل كفاءة الخلية و هذا يدل على أثر النيكل في المركب. في الدراسة المستقبلية أوصي باستخدام عناصر كيميائية أخرى , طرق تضير أخرى , دراسة تأثير درجة الحرارة و استخدام جهاز الأشعة السينية.