Geri Dön

Fabrication of silicon nanowires by electroless etching and investigation of their photovoltaic properties

Silisyum nanotellerin elektrokimyasal dağlama ile üretimi ve güneş pili uygulamalarının araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 305625
  2. Yazar: BARIŞ ÖZDEMİR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, YRD. DOÇ. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Enerji, Metalurji Mühendisliği, Science and Technology, Energy, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2011
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 126

Özet

Silisyum, oldukça uygun ve kolaylıkla değiştirilebilir fiziksel özellikleri sayesinde optoelektronik alanı için en önemli konumda olan yarıiletken malzemedir. Alternatif malzemeler geliştirilmiş olmasına rağmen, silisyum bazlı güneş pilleri halen en yaygın olarak kullanılan ve ticari anlamda en uygulanabilir sistemlerdir. Güneş pillerinin verimliliğinin artırılması ve maliyetinin düşürülmesi üzerine oldukça yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu sistemlerin temel yarıiletken malzemesini değiştirmeyi amaçlamayan çalışmalar genellikle nanoteknolojik yaklaşımlardan yararlanmayı amaçlamışlardır. Bu bağlamda, silisyum nanotellerin güneş pillerinin verimliliğini artırabileceği öngörülmüştür. Ayrıca, güneş pillerine ek olarak, silisyum nanotellerin termoelektrik sistemler, ışık yayan diyotlar, biyolojik/kimyasal sensörler, fotodedektörler ve lityum iyon pilleri gibi birçok elektronik sistemde de kullanımları araştırılmaktadır. Bu gelişmeler, silisyum nanotellerin ucuz ve kontrollü bir şekilde üretilebildiği durumlarda bir çok alanda önemli gelişmeler sağlanabileceği sonucuna işaret etmektedir.Bu tez çalışmasında, dik olarak hizalanmış nanotellerin geniş alanlarda üretilebilmesine olanak sağlayan, oldukça yeni ve çözelti bazlı bir yöntem olan elektrokimyasal dağlama yöntemi araştırılmıştır. Ortaya çıkacak nanotel morfolojisinin kontrol edilebilirliğini gösteren detaylı bir parametrik çalışma yapılmıştır. Bu parametreler zaman, çözelti sıcaklığı, çözelti konsantrasyonu, basınç ve başlıngıç siliyum altlığın özellikleri olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar elektrokimyasal dağlama yönteminin önceki çalışmalarda faydalanılan klasik yöntemler yerine tercih edilebileceğini göstermiştir. Her uygulama için gerekli olan belirli nanotel boylarının elektrokimyasal dağlama yönteminin parametrelerinin ayarlanmasıyla elde edilebileceği ortaya konulmuştur.Dik olarak hizalanmış nanotellerin en önemli özelliklerinden biri mükemmel optik yansıtmazlık özellikleridir. Başlangıç silisyum altlığı %42 optik yansımaya sahipken, üzerinde nanotel oluşturulduktan sonra bu değer %1'e düşmüştür. Bu özellik silisyum nanotellerin yansıtmaz yüzeyler olarak güneş pillerinde kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca, silisyum nanoteller ile oluşturulan, radyal farklı tip p-n eklemlerinin düzlemsel farklı tip p-n eklemlerine göre çok daha yüksek verimliliğe sahip oldukları belirlenmiştir. Bu konuda, n-tipi silisyum nanoteller üzerine p-tipi PEDOT:PSS damlatılarak kaplanması ile radyal farklı tip eklemler oluşturulmuştur. Bu radyal eklemli aygıtların enerji dönüşüm verimlilikleri %5.30 olarak elde edilirken, aynı koşullarda üretilen düzlemsel kontrol cihazı sadece %0.62 verimliliğe sahiptir. Hem elektrokimyasal dağlama yönteminde hem de güneş pili modellerinde yapılacak iyileştirmeler ve gelişmeler güneş pili endüstrisinde önemli gelişmeler sağlayabilecektir.

Özet (Çeviri)

Silicon is the most important semiconducting material for optoelectronics owing to its suitable and tunable physical properties. Even though there are several alternatives, silicon based solar cells are still the most widely produced and commercially feasible system. Extensive efforts have been spent in order to increase the efficiency and decrease the cost of these systems. The studies that do not focus on replacement of the semiconducting material, mostly concentrate on the developments that could be brought by nanotechnological approaches. In this aspect, utilization of silicon nanowires has been predicted to improve the efficiency of the silicon based solar cell technology. Moreover, besides solar cells, silicon nanowires have been investigated for many other electronic systems such as thermoelectrics, light emitting diodes, biological/chemical sensors, photodetectors and lithium ion batteries. Therefore, production of silicon nanowires through a cost-effective and well controlled method could make important contributions to many fields.In this thesis, electroless etching method, which is a novel and solution based method enabling vertically aligned silicon nanowire array fabrication over large areas, is investigated. A detailed parametric study resulting in a full control over the resultant nanowire morphology is provided. The parameters affecting the structure have been determined as etching time, solution temperature, solution concentration, pressure and starting wafer characteristics. The results show that electroless etching method could replace the conventional silicon nanowire fabrication methods. It was shown that specific nanowire lengths for any application, can be obtained simply by adjusting the parameters of electroless etching system.One of the most crucial features of vertically aligned silicon nanowire arrays is their remarkable antireflective properties. The optical reflectivity measurements showed that 42% reflectivity of pristine polished silicon wafer decreases down to 1% following fabrication of silicon nanowire arrays on their surface. This unique characteristic reveals that these nanowires could be used as antireflective surfaces in solar cells. Moreover, it was determined that p-n heterojunctions that are formed by silicon nanowires, namely radial heterojunctions, would yield higher efficiencies compared to planar heterojunctions because of the dramatic increase in the charge carrier collection efficiency and orthogonal photon absorption. On this subject, n-type silicon nanowire arrays were fabricated by electroless etching followed by drop casting Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) organic layer on these nanowires as the complementary layer, forming the radial heterojunction. The energy conversion efficiency of silicon nanowire / PEDOT: PSS device was found as 5.30%, while planar silicon / PEDOT: PSS control device displayed only 0.62% efficiency. Developments and optimizations in both the electroless etching method and solar cell models could lead to important developments in photovoltaic industry.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    457232

    P-tipi bakır oksit ince film/n-tipi silisyum nanotel heteroeklemli diyotların üretimi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

    Fabrication of p-type copper oxide thin film/n-type silicon nanowire heterojunction diodes and investigation of their electrical properties

    MUHAMMET KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Fizik ve Fizik MühendisliğiNiğde Ömer Halisdemir Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FUNDA AKSOY AKGÜL

  2. Tez No

    571380

    Synthesis of ZnO and Si nanowires for the fabrication of 3rd generation solar cells

    Üçüncü nesil güneş pillerinin üretimi için ZnO ve Si nanotellerin sentezlenmesi

    ELİF PEKSU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN KARAAĞAÇ

  3. Tez No

    276941

    Fabrication and characterization of silicon nanowire resonators

    Silisyum nanotel çınlaçların üretimi ve nitelendirilmesi

    İZZET YILDIZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. B. ERDEM ALACA

  4. Tez No

    401865

    Nanostructuring using metal assisted etching

    Başlık çevirisi yok

    MEHMET UMUT KÜÇÜKBAYRAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    BiyomühendislikAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

    DR. FIRAT GÜDER

  5. Tez No

    591850

    Nanowire electromechanical switch as a tool forsurface characterization

    Yüzey karakterizasyonunda nanotel elektromekanik anahtarın kullanımı

    SEPEEDEH SHAHBEIGI ROUDPOSHTI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Assoc. Prof. Dr. BURHANETTİN ERDEM ALACA

Geri Dön