تحسين الخصائص الفوتوكهروكيميائية لأفلام كبريتيد الكادميوم (CdS) الرقيقة المحضرة بطريقة الترسيب: أثر التسخين و التبريد

لقد تم تحضير أفلام كبريتد الكادميوم الرقيقة شبه الموصلة (CdS Thin Films) باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي على شرائح من الزجاج الموصل المطلي بفلم من أكسيد القصدير المطعَّم بالفلور (FTO). وقد تم تحضير أفلام مختلفة من حيث زمن الترسيب و تراكيز المواد المتفاعلة بالإضافة إلى عدد مرات الترسيب على الشريحة الواحدة. لقد تم دراسة خصائص الأفلام المحضرة في الأنظمة الفوتوكهروكيميائية، حيث تم دراسة تأثير الشيّ (التسخين) عند درجات حرارة معينة (150، 250، 350 مئوية) ومعدل التبريد على خصائص هذه الأفلام ، كما تم بحث أثر الحك الكيميائي باستخدام حامض الهيدروكلوريك المخفف لسطوح هذه الأفلام في الأنظمة الفوتوكهروكيميائية. بالإضافة إلى ذلك فقد تم دراسة أثر اختلاف نوع أزواج التأكسد - الاختزال المستخدمة في الأنظمة الفوتوكهروكيميائية على كفاءة هذه الأنظمة. وقد بُنيت هذه الدراسة على أساس قياس عدة عوامل مثل منحنيات كثافة تيار الظلمة(dark current density) مقابل الجهد، منحنيات كثافة تيار الإضاءة (photo current density) مقابل الجهد، كثافة تيارات الدارة القصيرة (short circuit current) ، جهد الدارة المفتوح (open circuit voltage)، كفاءة الخلية في تحويل الضوء إلى كهرباء (conversion efficiency) بالإضافة إلى نتائج التصوير بواسطة الماسح الميكروسكوبي الإلكتروني (scanning electron microscopy). لقد وُجد أن الشيّ قد حسّن منحنيات تيار الظلمة ومنحنيات تيار الإضاءة مقابل الجهد لأفلام كبريتيد الكادميوم الرقيقة شبه الموصلة في الأنظمة الفوتوكهروكيميائية. كما حسّن الشيّ نتائج التصوير بواسطة الماسح الميكروسكوبي الإلكتروني. بالإضافة إلى ذلك حسّن الشيّ كثافة تيارات الدارة القصيرة لدى قياسها بعد زمن من التعرض للضوء مما أظهر ثباتاً أكبر للأفلام التي تمت معالجتها بالشيّ في مقاومة التحطم الضوئي مقارنة بالأفلام غير المعالجة . كما أن كفاءة الخلية الفوتوكهروكيميائية تحسنت بشكل ملحوظ. وقد وجد أن أفضل درجة حرارة تم الشيّ عندها هي 250 مئوية حيث تحسنت منحنيات كثافة تيار الإضاءة وكفاءة الخلية بدرجة ممتازة ثم هبطت إلى مستويات أقل عند استخدام أفلام تم تبريدها من درجة 350 مئوية. كما وُجد أن التبريد البطيء للأفلام المشوية على درجة حرارة أعلى من 150 مئوية يعطي منحنيات أفضل لكثافة تيار الظلمة وتيار الإضاءة مقابل الجهد ويحسن كفاءة الخلية بدرجة أكبر مقارنة مع التبريد السريع. وقد جاءت نتائج التصوير بواسطة الماسح الميكروسكوبي الإلكتروني منسجمة مع النتائج السابقة، حيث أظهرت سطوحاً أفضل للأفلام المبردة ببطء. كما وُجد أن أعلى كفاءة للخلية قد تحققت عن طريق استخدام أفلام تم تبريدها ببطء من درجة 250 مئوية، من بين درجات الحرارة المستخدمة. أما بالنسبة إلى أثر الحك الكيميائي لسطوح أفلام كبريتيد الكادميوم الرقيقة شبه الموصلة، فقد وُجد أنها تُحسّن ثبات سطح الفلم في مقاومة التحطم الضوئي بدرجة كبيرة، حيث أظهرت قيمة تيار الدارة القصيرة تحسناً ملحوظاً لدى قياسها بعد زمن من التعرض للضوء بينما لم يظهر الحك الكيميائي أثراً ملحوظاً في تحسين منحنيات كفاءة تيار الإضاءة مقابل الجهد. تم استخدام نوعين من أزواج التأكسد - الاختزال حيث استخدم في الخلية الأولى الماء وفوق كلورات الليثيوم بالإضافة إلى سداسي سيانيد الحديد (II) وسداسي سيانيد الحديد (III) كزوج تأكسد-اختزال، بينما استخدم في الخلية الثانية البوليكبريتيد المتعدد كزوج تأكسد-اختزال. وقد وُجد أن الخلية الأولى قد أعطت منحنيات تيار إضاءة وكفاءة أفضل من الخلية الثانية، بينما حققت الخلية الثانية ثباتاً أكثر في مقاومة التحطم الضوئي مع الزمن.