Silicon nanostructures for electro-optical and photovoltaic applications
Silisyum nanoyapıların opto-elektronik ve fotovoltaik uygulamaları
- Tez No: 305017
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 248
Özet
Son zamanlarda, nanoyapılı silisyumun etkin ışımasını kullanarak, tamamı silisyum tabanlı fotonik aygıt geliştirmek için çok büyük çaba sarfedilmektedir. Bu tez çalışmasında, silisyum nanoyapılar elektro-optik ve fotovoltaik uygulamalar için incelenmiştir. Tez silisyum tabanlı nanoyapıların üç temel uygulama alanı üzerine yoğunlaşmıştır. Bunlar: Işık yayan diyotlar (LED), kuvantum sınırlandırılmış Stark etkisini (KSSE) kullanarak ışık modulasyonu ve fotovoltaik uygulamalrdır.LED uygulamaları kapsamında: ZnO nanokristal/silisyum farklı eklemler incelenmiştir. Buhar sıvı katılaştırma yöntemiyle üretilen ZnO nanokristallerden fotolüminesans ölçümlerinde saf UV ışıma elde edilmesine karşın, LED lerden gelen ışımaların görünür bölgede ZnO kusurlarından kaynaklandığı gözlemlenmiştir. Bu iki ışıma arasındaki farkın nedeninin hem uyarma mekanizması ve hemde aygıt fabrikasyonu sırasında nanokristal yüzeyinde oluşan kusurlardan kaynaklandığı anlaşılmıştır. LED çalışması kapsamında ayrıca SiO2 içine gömülmüş silisyum nanokristallerin katkısız ve Tb katkılı olarak elektrolüminesansları detaylı olarak incelenmiştir. Işıma başlama gerilimi SiO2 içine gömülü Tb katkılı yapılarda ilk defa 10 voltun altına indirilebilmiştir.Bu tez kapsamında ayrıca, SiO2 içerisinde oluşturulmuş silisyum nanokristallerde ilk defa KKSE bariz bir şekilde fatolüminesans tekniğiyle gözlemlenmiş ve rapor edilmiştir. KSSE etkisi sıcaklık ve nanokristal büyüklüğüne gore incelenmiş ve deneysel bulgular teorik hesağlarla bire bir uyumlu şekilde desteklenmiştir. Teorik hesaplarda Kristal Bloch bandlarının doğrusal birleşimi açma bazı olarak alınmıştır. Yapılan ölçümlerde ekziton enerjisi elektrik-alan altında 80 meV kadar module edilebilmiştir. Bizim bu çalışmamız geleceğin silisyum tabanlı fotonik uygulamaları için gerekli elektro-optik modülatörleri için önemli bir başlangıç oluşturmaktadır.Tezin son bölümünde, yeni bir teknik olan metal yardımlı kazıma (MYK) yöntemiyle silisyum nanotellerin oluşum kinetiği büyük alan silisyum yongalar üzerinde sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Detaylı çalışmalar sonucunda nanotel oluşturma üzerine çok iyi control sağlanmıştır. Üretilen silisyum nanoteller endüstriyel ölçekte güneş gözesi uygulamalrı için test edilmiştir. Nanotellerin silisyum tabanlı güneş gözelerinde etkin bir şekilde kullanılabilmesi için nanotellerin yüzeyinin çok iyi pasifize edilmesi ve ön kontak yapısının iyileştirilmesi gerektiği anlaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Recently extensive efforts have been spent in order to achieve all silicon based photonic devices exploiting the efficient light emission from nanostructured silicon systems. In this thesis, silicon based nanostructures have been investigated for electro-optical and photovoltaic applications. The thesis focused on three application areas of silicon nanostructures: Light emitting diode (LED), light modulation using quantum confined Stark effect (QCSE) and photovoltaic applications.In the context of LED applications, ZnO nanocrystal/silicon heterojunctions were investigated. Contrary to observation of pure ultraviolet photoluminescence (PL) from ZnO nanocrystals that were synthesized through vapor liquid solidification (VLS) method, visible emissions were observed in the electroluminescence (EL) due to defect states of ZnO. The discrepancy between these emissions could be ascribed to both change in excitation mechanisms and the defect formation on ZnO nanocrystals surface during device fabrication steps. EL properties of silicon nanocrystals embedded in SiO2 matrix were also systematically studied with and without Tb doping. Turn-on voltage of the Tb doped LED structures was reduced below 10 V for the first time.Clear observation of QCSE has been demonstrated for the first time in Si nanocrystals embedded in SiO2 through systematic PL measurements under external electric field. Temperature and size dependence of QCSE measurements were consistently supported by our theoretical calculations using linear combination of bulk Bloch bands (LCBB) as the expansion basis. We have managed to modulate the exciton energy as high as 80 meV with field strength below MV/cm. Our study could be a starting point for fabrication of electro-optical modulators in futures for all silicon based photonic applications.In the last part of the thesis, formation kinetics of silicon nanowires arrays using a solution based novel technique called as metal assisted etching (MAE) has been systematically studied over large area silicon wafers. In parametric studies good control over nanowire formation was provided. Silicon nanowires were tested as an antireflective layer for industrial size solar cell applications. It was shown that with further improvements in surface passivation and contact formation, silicon nanowires could be utilized in very efficient silicon solar cells.
Benzer Tezler
- Growth and characterization of branched gold nanoparticles on surfaces
Dallanmış altın nanoparçacıkların yüzey üzerinde büyütülmesi ve karakterizasyonu
NİMET İLKEM EVCİMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMREN NALBANT ESENTÜRK
DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Organik yarıiletken tabanlı fotovoltaik aygıtlar için şekilli ince film altlıkların kullanımı ve etkilerinin incelenmesi
The effect of the usage of sculptured thin film substrates for organic semiconductor based photovoltaic devices
DİLEK DEMİROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BEYHAN TATAR
- Synthesis and characterization of fluorene-type and hydrogenated amorphous carbon thin films in RF and DC glow discharges
Fluoren-tipi ve hidrojenlenmiş amorf karbon ince fimlerinin RF ve DC elektriksel boşalmaları altında sentezlenmesi ve karakterizasyonu
DOĞAN MANSUROĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADRİ SİNAN BİLİKMEN
- InSe yarıiletken ince filmlerin cam ve siyah silikon üzerine büyütülerek yapısal ve optiksel özelliklerinin incelenmesi
Growth of inse thin film semiconductor on glass and black silicon substrates investigation of their structural and optical properties
CANSU EMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA BİLGE OCAK
- Fotovoltaik hücreler için bir boyutlu nanoyapıların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of one dimensional (1D) nanostructures for photovoltaic cells
ALEV TUZCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ