«№13 гимназиясы» КММ

КАЛИЙ ГИДРОТОТЫҒЫНЫҢ КӨМЕГІМЕН КРЕМНИЙ БЕТІН ТЕКСТУРИРЛЕУ

тақырыбы бойынша

МАҚАЛА

Мамандығы: Физика пәні мұғалімі

Орындаған: _______________________________Алдаберген М.М.

Ақтау, 202 1 ж.

РЕФЕРАТ

Мақала көлемі 5 беттен, 6 суреттен, 15 әдебиеттен, 7 формуладан тұрады.

Мақаланың тақырыбы: калий гидрототығының көмегімен кремний бетін текстурирлеу

Түйін сөздер: кремнидің беткі қабаты, калий гидрототығы, беттік қабатты текстурирлеу, кері шағылушы қабат, жемірілу.

Жұмыстың өзектілігі мен тәжірибелік маңызы: Калий гидрототығының көмегімен кремний бетін текстурирлеу (математикалық модельдеу көрсеткіші кремний пластиналарының бетіне пирамидалар отырғызу үшін жемірілу әдісі терең нәти жеберді) калий гидрототығымен кремний пластиналарын терең жеміру. Текстурирлеу фотоэлементтердің өндіруінде ең маңызды рөл атқарады. Процесс фотоэлементтерінің (күн элементтерінің) тиімділігін өсіруге мүмкіндік береді. Бұл әдетте химиялық өңдеу мен микронның бірнеше зақымданған қабатын шығарғанда, кремний пластинасының беті жұмсақ және сәуленің түскен едәуір бөлігі шағылады. Шағылудың қабілеттілігін азайту үшін, бетін қисық әрі микро деңгейде қою қажет. Дәл осындай нәтижені текстурирлеуде қолдануға болады. Бұл процесс химиялық өңдеуді білдіреді, нәтижесінде оның беті әдейі бұзылған болып келеді

Жұмыстың мақсаты: тиімді күн элементтерін алу үшін кремний бетін калий гидрототығымен текстурирлеу, сонын салдарынан күн элементін ток көзіне түрлендіре аламыз

Зерттеу объектісі: Кері шағылушы қабат (КШҚ), SіO₂ .

Зерттеу әдістемесі: кремний бетін текстурирлеу химиялық өңдеу арқылы немесе күшті ерітінділер мен изопропилді сприт арқылы журеді.

Зерттеу нәтижесі: Калий гидрототығының 2%-тікконцентрациясымен оған изопропилді спирт (ИПС) қосылды. Ретсіз орналасқан әр түрлі өлшемдері бар пирамидалардың жиынтығынан құралған. Пирамидалық құрылымның көлденең қимасының диаметрі 0,36-3,6 мкм диапозон аралығында орналасқан. Ұсынылып отырған әдіс жеңіл әдіс екіншіден шығын аз кетеді. Уақыт үнемделеді. Сол себепті кун элементінде шағылуды азайту үшін және пайдалы әсер коэффициентін жоғарылату үшін пайдаланады. Бастапқы кремнийдің шағылу спектрі көру облысында 35-45%-ті құраса КОН ерітіндісі мен изопропилді спирт (ИПС) қосындысында кремний монокристалдарды қалыптастырған кезде шағылу спектрі 12-15%-ке төмендегенін байқадық. Көру облысында 400-1100нм толқын ұзындығы аралығындағы шағылу коэффициенті 12-15%-ке дейін азайды.

КІРІСПЕ

Кейінгі онжылдықта мұнайдың әлемдік қазба қорында сарқылу бірте-бірте күтілуде. Бұл өткен ғасырдың негізгі энергия көзінің таяудағы онжылдықта оның орнына, әлемдік энергия қажеттілігін жабуға және алдағы уақыттағы қажеттілікті ұлғайтуға болатындай басқа энергия көзін ауыстыруға тура келеді деген сөз.

Сонымен қатар, қазбалы энергия көздерінің Жерде парниктік әсерінің ұлғаю дәрежесінің жоғарлауы соншалықты, тіпті ол қауіпті болуы мүмкін. Осылайша, қазіргі уақытта біздің климат пен қоршаған ортада қалпына келетін және тұрақты болып табылатын қазбалы отын түрінің тұтынуын энергия көздерімен алмастырған дұрыс-ақ.

Осындай энергия көздерінің бірі - күн сәулесі, Жерді энергиямен жарықтандыру соншалықты, ол орасан зор көп ағымдағы адамзат қажеттілігі мен бұл қажеттіліктердің ойға сыймас дәрежесіндей жарықтандыруынанда асып түседі. Алайда бұл күн элементтерімен электр қуатын өндіретін қуат, осы уақытқа дейін де қазіргі уақытта да, ядролық қуат, жылу қуаты және т.б қуаттармен бәсекеге түсу тым қымбат. Мұндай заттарды, үлкен әлеуетті мүмкіндіктерді электрмен жабдықтау арқылы күн элементтерін өзгерту керек. Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғылардың бірі – Күн батареялары. Күн батареясы немесе фотоэлектрлік генератор –Күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі[1]. Көптеген тізбектейпараллель қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0,5-0,55 Вқа тең және ол оның ауданына тәуелсіз (1 см² ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы – 35-40 мА). Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты. Яғни күн сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде, ол ең үлкен мәніне жетеді. Қазіргі Күн батареяларының пайдалы әсер коэффициенті – 8-10%, олай болса 1 м² ауданға тең келетін қуат шамамен 130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25ºС-тан жоғары) ФЭТ-тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының пайдалы әсер коэффициенті кеміп, Күн батареяларының жиынтық қуаты ондаған, тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн батареяларының өлшемдері әр түрлі болады. Мысалы: микрокалькуляторда орнатылғандарынан бастап, ғимараттар шатырлары мен автокөліктер төбелеріне орнатылатындарына дейінгі өлшемдерде. Сондай-ақ Күн батареялары ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Ал тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды – калькулятор, қол сағаты, плеер, фонарь, т.б. токпен қоректендіру көзі де Күн батареялары болып табылатындығы бәрімізге белгілі

Көп жағдайда күн элементтерін моно немесе поликристалды кремнийден жасайды. Жоғары шағылу қабілеттелігінің арқасында фотовольтті материалдың үстіңгі беті кремний негізінде сәуленінің сынуы, сіңіру мақсатында өңделеді, осылайша, токтың ұлғаюы, элементтерді түрлендіреді. Өрескел беті сіңіруді арттырады, осы уақытта нерельфті беті түскен сәуленің шағылуын үлкен көлемде көрсетеді. Күн элементтерінің тиімді ұлғайюы үшін, оларды текстурирлейді немесе керішағылдыру көмегімен бір немесе одан да көп диэлектриктік қабат арқылы тұндырады.

Қазіргі таңда кремний пластиналарының бетінде антишағылысты құрылымдарды алу үшін күшті сілті ерітінділерінде немесе балқытқыш азот қышқыл қоспаларда химиялық уландыруды қолданады. Өкінішке орай, бұл екі тәсілде де айқын кемшіліктер бар.

Сілті ерітінділері кремнийдің біртекті емес еруіне және әрқалай текстурирлі болуына алып келеді. Бұлай болудың ерекшелігі, поликристалдық кремнийдің еруі болып табылады. Сондықтан жарықтың шағылу коэффициенті салыстырмалы түрде жоғары болады. Бұл проблеманы шешуде балқытқыш/азот қышқылында өңдеу, изотропты, яғни тәуелді бағдарлау болып табылады. Алайда, қышқылдар мен қалдықтарды өңдеу қымбат және экологиялық жағынанқауіпті болып табылады. Сонымен қатар, процессті бақылау қиын, пластиналар үлкен дәрежеде зақымданады, және процесстің өзі шығынды болып табылады.

1 ЭКСПЕРИМЕНТТІҢ ӘДІСТЕМЕСІ МЕН ЖҰМЫСТА ҚОЛДАНЫЛАТЫН ЖАБДЫҚТАР

1.1 Текстурирленген кремний пластиналарының тәжірибелі үлгілерін алу

Кремний платиналарының беті зертханада жемірілу әдісі арқылы тәжірибе жүргіздім. Кремнийдің ориентациясы (100). Ең алдымен кремний пластинасын жұмыс жасауға дайындадым яғни бетін майлардан, тозаңнан тазарттым. Бұл тақырыпта калий гидрототығымен жемірілу әдісін жүргіздім. Бірінші 2% КОН ерітіндісіне изпропилді спирт араластырып кремний платинасы қыздырылды. Жемірілу уақыты 5-10 минут жүрді. 60°С . пластикалық құралмен араластырылды. Одан кейін 20% КОН ерітінсіне изопропил спирті араласқан ерітіндіде кремний пластинасын қыздырып бақылау жүргізілді.

Жемірілу әдісінен өткен кремний пластиналарын сканерлі электронды микроскоп (СЭМ), оптикалық микроскоп, шағылу спектрін анықтау және элемент құрамын анықтадық.

1.2 Кремний пластиналарының қасиеттерін сканерлеуші электрондық микроскоп көмегімен зерттеу

Калий гидрототығында 30минут электрохимиялық жемірілу әдісімен алынған кремний пластина бетін сканерлеуші электорондық микроскоп көмегімен зерттедік.

Сканерлеуші электронды микроскопия әдісі нақты ғылыми және технологиялық міндеттерді шешуде, жоғары ақпараттылық пен сенімді зерттеу нәтижелерін алуда, материалдарға анализ жүргізуде кең қолданыс тапты.

Материалдардың физика–механикалық қасиеттері материалдың электронды құрылуына, химиялық құрамы мен алу технологиясына тәуелді болатын микроқұрылымымен анықталатыны белгілі.

CЭМ бір уақытта дәннің өлшемі мен формасын және дәндердің таралуын, фаза құрамын анықтау мен химиялық элементтің оның ауданы бойынша таралуын, сонымен қатар зерттелетін үлгі ауданы бойынша таралуын, шлиф ауданы бойынша химиялық біртексіздігін, сондай – ақ кең үлкею диапазонында біріншілік және екіншілік электрондардың шағылуының бейнесін зерттеуге мүмкіндік береді.

СЭМ – нің зерттеу объектілері түрлі дисперсті ұнтақтар, қабыршақтар, жабындылар болып табылады.

СЭМ – нің әсер ету принципі: зерттелетін объект бетін жіңішке фокусталған электрондармен сәулелендіргенде туындайтын бірқатар эффекттерді қолдануға негізделген. Бұл эффекттер әртүрлі ақпараттар алудың негізі болып табылады: үлгі бетінің рельефі, химиялық құрамы мен көлемнің бетіне іргелес кристаллографиялық ориентациясы. Зерттелетін материалдан, сәулеленудің әртүрлі тегі әсерінен шығарылатын электрондар арнайы датчиктер көмегімен қармалады және күшейтуден кейін жарықтылықты басқару үшін электронды – сәулелік құбырлар пайдаланылады, экранда бейне қалыптасады. Үлгі бетінің әрбір нүктесі электронды – сәулелік түтікше экранындағы белгілі нүктелермен сәйкес келеді. Экрандағы әрбір нүктенің жарықтылығы сәйкесінше, үлгі нүктелерінің сигналдарының интенсивтілігімен анықталады. Сигналдардың интенсивтілігі электронды зондтардың үлгі беті бойынша жүгіруі кезінде өзгереді. Бұл, бейнедегі түрлі аумақтар бетінің электронды – сәулелік түтік экранындағы контрастын қамтамасыз етеді.

Суретте көрсетілгендей, электронды сәуленің үлгімен әсерлесуі осы сәулелермен қоздырылған жаңа электрондар мен сәулелердің жаңа ағынын тудырады. Олардың ішінде негізгілері шағылған , екіншілік электрондар, Оже электрондар және жұтылған, сонымен қатар, үлгі арқылы өткен электрондар болып табылады.

1 – электронды сәуле, 2 – объект, 3 – шағылған электрондар, 4 – екіншілік электрондар, 5 – Оже - электрондары, 6 – жұтылған электрондар тогы, 7 – өткен электрондар, 8 – катодолюминесцентті сәулелену, 9 – рентгенді сәулелену.

Сурет 6 – Электронды сәулелердің объектімен әсерлесу эффекті

Үлгінің беттік қабат туралы ақпарат алу үшін екіншілік, шағылған және жұтылған электрондар қолданылады. Ал қалған сәулеленулер қосымша ақпарат көзі ретінде пайдаланылады [18].

Алынған пластиналардың құрылымының сканерлеуші электронды микроскоп көмегімен зерттелгендегі микрофотосуреті 7 – суретте бейнеленген. Ұсынылған үлгінің беті кеуекті құрылымды көрсетеді.

ә)

а) масштабы 20 мкм, ә) масштабы 10 мкм

Сурет 7 – Үлгілердің СЭМ көмегімен алынған суреттері

Пластинаның диаметрі КОН ерітіндісінің еру жылдамдығына тәуелді, яғни қолданылатын электролит түріне байланысты.

3 ТӘЖІРИБЕ НЕТИЖЕСІН ТАЛҚЫЛАУ

3.1 Текстурирленген кремний бетінің микроқұрылымдық морфологиясы

Екінші бөлімде, тәжірибелік әдісте айтылғандай KOH ерітіндісінде жемірілген кремний бетінің электронды микроскопта (СЭМ) түсірілген морфологиясы келесі суретте көрсетілген (сур.12).

Сурет 12 - 2% КОН пен изопропилді спирт ерітіндісінде қайнатылған кремний пластинасының сканерлі микроскоппен қарағандағы кескін

Бұл суретте микроқұрылымдардың фронтальдық бейнесі көрсетілген. Бұл бейне Калий гидрототығының 2%-тік концентрациясымен оған изопропилді спирт (ИПС) қосылған. Суретте ретсіз орналасқан әр түрлі өлшемдері бар пирамидалардың жиынтығынан құралған. Пирамидалық құрылымның көлденең қимасының диаметрі 0,36-3,6 мкм диапозон аралығында орналасқан. Микроқұрылымның беттік бейнесіндекремний пирамидаларының сынған қиындыларын байқадық . Ол химиялық жемірілу уақыты ұзақ болғандықтан деп жорамалдаймыз. Пирамидалардың қалыптастырылуы ерітіндінің коцентрациясымен қайнатылған кездегі температурасына байланысты. Бейнеде пирамидалардың щыңы, төрт бүйір қабаты жарық шағылысуымен байқалады. Сонымен қатар әр түрлі өлшемді пирамидалар арасында оның кеуектілігі байқалады.

Келесі суретте аз уақыттағы химиялық жемірілу бейнесі көрсетілген. Бұо суретте құрылымның сынған тармақтары алдыңғы суретке қарағанда кемігендігін көрсетеді (сур.13).

Сурет 13 - 2% КОН пен изопропилді спирт ерітіндісінде қайнатылған кремний пластинасы сканерлеуші микроскоппен қарағандағы кескіні

Сурет - 14 2% КОН пен изопропилді спирт ерітіндісінде қайнатылған кремний пластинасының сканерлі микроскоппен қарағандағы кескін

3.2 Оптикалық микроскоп арқылы көрсетілген үлгілер

Кремнийдің текстуралық құрылымының 2% калий гидрототығының ерітіндісі яғни төменгі концентрацияда жүргізілген морфологиясы көрсетілген. Бұл үлгіде кеуек орындардың кеңейгенін байқадық. Сонымен қатар беттік құрылымы ретсіз орналасқан (сур.15).

Сурет 15 - 2% КОН пен изопропилді спирт ерітіндісінде қыздырылған кремний пластинасы оптикалық микроскоппен қарағандағы кескіні

Сурет 16 - 20% КОН пен изопропилді спирт ерітіндісінде қыздырылған кремний пластинасы оптикалық микроскоппен қарағандағы кескіні

Одан кейінгі морфологияда калий гидрототығы 20% -тік жоғарғы концентрацияда жүргізілген бейнесі көрсетілген. Мұнда көпбұрышты кристалдардан құралғанын байқадық. Кристолиттердің аралары сызықтық шекараларымен бөлінген. Поликристалдардың өлшемі 50-100мкм құрды (сур.16) .

3. Элементтік құрамы

Атомды-эмиссиондық спектральды аспап - спектрометрмен олшенген 2% КОН ерітіндісінде жүргізілген кремний микроқұрылымының элементтік құрамы келесі суретте көрсетілгенн Бұл үлгіде оттегі элементі байқалмады, ойткені ерітінді құрамында изопропилді спирті (ИПС) болғандықтан кремнийдің тотығуына мумкіндік бермеді (сур.17).

Сурет 17 –2% КОН ерітіндісі мен изопропилді спиртте қыздырылған кремнийдің элементтік құрылымы

Алынған текстуралық құрылымның ренгено-фазалық микрограммасы түсірілген. Мұнда кремний кристалдарының элементтік құрамыбейнелеген. Бұл өлшемде микрокристалиттердің басым бөлігі кремний элементінен құралғанын көреміз. Суретте сонымен қатар оттегінің аз үлесі көрсетілген, яғни микроқұрылымдар оттегімен кремний атомдарынан құралғанын көреміз (сур.18).

770 ₸ - Сатып алу

Материал ұнаса әріптестеріңізбен бөлісіңіз

Ватсапта бөлісу Телеграммда бөлісу Фейсбукта бөлісу Сілтемені көшіру

Ресми байқаулар тізімі

Республикалық байқауларға қатысып жарамды дипломдар алып санатыңызды көтеріңіз!

Тізімді көру