Characterization of TiO2/Cu2O thin film photovoltaic cells
TiO2/Cu2O ince film fotovoltaik hücrelerin karakterizasyonu
- Tez No: 378429
- Danışmanlar: PROF. DR. HANİFİ SARAÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik hücre, yarı iletken, p-n eklemi, ince film, geçirgenlik, absorbans, bant aralığı, Photovoltaic cells, semiconductor, p-n junction, thin film, transmittance, absorbance, band gap
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Fotovoltaik hücreler, güneş ışığını kullanarak elektrik enerjisi üretirler. Güneş hücreleri senelerdir biliniyor olmalarına rağmen, son zamanlarda artan enerji ihtiyacıyla birlikte daha sık gündeme gelmeye başlamışlardır. Günümüzde en sık kullanılan güneş hücreleri, silikon güneş hücreleridir. Üretim maliyetlerini düşürmek ve daha geniş alanlarda uygulanabilirliği arttırmak amacıyla yenilikçi malzemelerin belirlenmesi gereklidir. Bu anlamda, Cu2O, iyi absorplayıcı bir malzeme olma ve ucuz bir hammadde olma özellikleri ile güneş pilleri üretimi için öne çıkan bir malzemedir. TiO2 ise geniş bant aralığı ile bilinen bir yarı iletkendir. Cu2O ve TiO2 biraraya getirildiğinde verimli güneş hücreleri üretimi için umut verici bir p-n eklemi elde edilir. Bu tezde, TiO2/Cu2O ince film fotovoltaik hücre karakterizasyonu çalışılmıştır. Karakterizasyon, ince filmlerin geçirimlilik, absorplama ve bant aralıkları gibi optik özellikleri ve ışık altındaki davranışlarını kapsamaktadır. İnce film üretimi için lazer biriktirme yöntemi kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, farklı sıcaklık, basınç ve transparan iletken tabaklar kullanılarak TiO2 anataz kristalini elde etmek amaçlanmıştır. 0,4 mbar oksijen basıncı altında, 350°C, 450°C ve 550°C sıcaklıklarda FTO alt tabakası kullanılarak, TiO2 ince filmleri üretilmiştir. XRD sonuçları, üretim sonrası filmlerin amorf olduğunu gösterdiğinden, örnekler 600°C ve 650°C'de ısıl işleme tabi tutulmuştur. 600°C'de tavlama sonrası anataz elde edilirken, 650°C'de tavlama sonrası anataz-rutil faz dönüşümü görülmüştür. Bant aralığı değerlerinde tavlama ile azalma görülmüştür. Bant aralığı değerleri sırasıyla; 3,45-3,29-3,15 eV'dir. 500°C sıcaklıkta, 0,05 mbar ve 0,2 mbar oksijen basıncı altında ITO alt tabakalarına TiO2 ince filmleri üretilmiştir. XRD sonuçları, üretim sonrası filmlerde anataz-rutil karışımı ve anataz fazının elde edildiğini göstermiştir. Bant aralığı değerleri bu basınçlarda sırasıyla; 3,28 eV ve 3,33 eV'dir. Çalışmanın ikinci bölümü, Cu2O'nun üretim sırasındaki kısmi oksijen basıncıyla etkilendiğini göstermektedir. Sadece 0,2 mbar Ar atmosferinde, 2x10-4mbar ve 2x10-2 mbar oksijen kısmi basınçları altında üretim yapılmıştır. Film yapısının, artan kısmi oksijen basıncıyla, Cu2O'ten CuO'e değiştiği görülmüştür. Bant boşluğu değerleri, farklı basınçlar altında üretilen örnekler için sırasıyla; 2,58 eV, 2,58 eV ve 2,07 eV olarak tahmin edilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümü, ideal üretim koşulları ayrı ayrı belirlenen tabakaların, tam fotovoltaik hücreye uygulanmasını içermektedir. Tam fotovoltaik hücre yapısı, anataz ve Cu2O fazlarını içeren tabakalardan oluşmaktadır. Fotovoltaik hücrenin elektriksel özelliklerini saptamak için bir aydınlatma düzeneği kurulmuştur. Düzeneğin kurulum özellikleri ve hücrelerin ölçüm sonuçları, sonuçlar bölümünde tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Photovoltaic cells (PVs) generate electricity by using sunlight. Although they have been known since years, they have recently been famous with increasing renewable energy demand. Nowadays, silicon solar cells are mostly used. But to achieve lower cost and improve manufacturing for large scale, different kind of PVs should be established. While PVs' demand grow, new materials should be supplied. In this perspective Cu2O is an attractive material as an absorber and TiO2 is known as a large band gap semiconductor. When these two semiconductors are brought together, a p-n junction is created which is promising as a solar cell. In this thesis, TiO2/Cu2O thin film PV characterization was studied. Characterization focused on optical properties of thin films as transmittance, absorbance, band gap values and behaviors under illumination related with their structural properties. Thin film deposition was processed by pulsed laser deposition method. In the first part, variable temperatures, pressures and transparent conductive layers were used to achieve anatase crystal phase for TiO2 layer. Under 0.4 mbar oxygen pressure and 350°C, 450°C, 550°C temperatures, thin film samples were deposited on FTO substrates. The XRD results showed that as-deposited films were amorphous so films were subjected to annealing process and anatase-rutile transformation was observed. Band gap values decreased after annealing; 3.45-3.29 -3.15 eV, respectively. Under 500°C deposition temperature and 0.05 mbar, 0.2 mbar oxygen pressures, thin films were deposited on ITO substrates. XRD results showed that as-deposited films were anatase+rutile mixed phase and anatase phase, under these pressures. Band gaps were 3.28-3.33 eV respectively. Second part was obtaining the Cu2O phase by adjusting the oxygen partial pressure. Under 0.2 mbar Ar atmosphere and 2x10-4mbar-2x10-2 mbar oxygen partial pressures, samples were deposited on TiO2 layers which were growth on FTO. Third part was applying the individual layer deposition parameters to overall photovoltaic cell. Overall PV structure was poor anatase and Cu2O phases. To investigate the electrical properties of photovoltaic cells, an illumination set-up was arranged. Set-up properties and sample response results under illumination were discussed in the results part.
Benzer Tezler
- Langmuir Blodgett assembly of peptide functionalized nanoparticles onto silicatebased surfaces and their characterization
Peptit ile fonksiyonlandırılmış nanoparçacıkların Langmuir Blodgett yöntemi ile silika tabanlı yüzey üzerine kaplanması ve karakterizasyonu
NUR MUSTAFAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Time-resolved investigations on the charge carrier dynamics of CuBi2O4 and Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen evolution reaction
Fotoelektrokimyasal hidrojen evrim reaksiyonu için CuBi2O4 ve Cu2O fotokatotların yük taşıyıcı dinamikleri üzerine zamana bağlı incelemeler
EMİR ARDALI
- Nano brukit TiO2 ve TiO2 nano kompozit filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of nano brookite TiO2 and TiO2 nano composite films
ÜMİT ÖZLEM AKKAYA ARIER
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ZEHRA TEPEHAN
- Yaş kimyasal yöntem ile anataz sentezi ve karakterizasyonu
Anatase synthesis and characterization by wet chemical method
OLCAY ENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN AVCIATA
- Ag ve TiO2 katkılı hidroksiapatit sol-jel kaplamaların β-tipi Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alaşımı üzerine sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of Ag and TiO2 doped hydroxyapatite sol-gel coatings on β- type Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alloy
SEÇİL KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK DİKİCİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAİM ASLAN