Modeling and optimization of PECVD processes and equipment used for manufacturing thin film photovoltaic devices
İnce film fotovoltaik aygıt üretiminde kullanılan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) süreçleri ve ekipmanının modelleme ve optimizasyonu
- Tez No: 383003
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERKAN KINCAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 211
Özet
Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD), ince film tabanlı aygıt üretiminde yaygın olarak kullanılan tekniklerden biridir. Bir PECVD reaktörünün çalışma koşulları, film biriktirme koşullarına olduğu kadar plazma temizlik prosedürlerine ve üretilen malzeme kalitesine göre de optimize edilmelidir. Bunun yanısıra, gaz hatları ve odası, kompresörler ve diğer yardımcı üniteler gibi harici destek sistemlerinin PECVD ile etkileşimleri anlaşılmalı ve karakterize edilmelidir. Temel ilkelere ya da deneysel verilere dayalı modelleme, bu optimizasyon sürecinde zaman kazandırması açısından çok önemli bir araçtır. Bu çalışmada, öncelikle kullanılmakta olan sistemin temel ilkelere dayalı ısısal modeli oluşturulmuş, ve bu model üzerinden daha iyi taban sıcaklık seviyeleri ve düzgün sıcaklık dağılımları hesaplanarak iyileştirilmiş bir PECVD tasarımı önerilmiştir. Diğer yandan, malzeme optimizasyonları için, temel ilkelere dayalı modelleme kesin bir şekilde anlaşılması zor olduğundan, deneysel tasarımlara dayalı ampirik modeller kullanılmıştır. İnce film fotovoltaik aygıtlarda kullanılan katmanlar, birbirinden ayrı olarak, kristanilite, kalınlık, büyütme hızı açısından olduğu kadar kritik optik ve elektriksel özellikler açısından da optimize edilmiştir. Hidrojenlendirilmiş katkısız, n- ve p- katkılı ince film silisyum katmanları amorf (a-Si:H), nano-kristal, ve mikro-kristal fazlarında karakterize ve optimize edilmiştir. Ayarlanabilir silisyum ve azot konsantrasyonlarında amorf silisyum nitrit (SiNx) ince filmler; kalınlık profili nanometre ölçeğinde kontrol edilebilen gümüş ince filmler; tekrarlanabilir iletkenlik standartlarında aluminyum katkılı çinko oksit (AZO) ince filmler başarıyla üretilmiştir. Katmanların bireysel optimizasyonları tamamlandıktan sonra silisyum bazlı birçok ince film fotovoltaik aygıt üretilmiştir. Bu çalışmada sunulan değişik performanslar arasında p-i-n yapılı eş-eklemli a-Si:H, hetero-eklemli ve katkısız ince katmanlı hetero-eklemli (HIT) aygıtlar bulunmaktadır. a-Si:H p-i-n yapısında %2.9 (başlangıç), hetero-eklemli aygıtta %15.9, ve tek taraflı HIT yapısında %12.5 verim kaydedilmiştir.
Özet (Çeviri)
Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is a common technique used in thin film based device fabrication. Operation conditions of a PECVD reactor need to be optimized in terms of deposition conditions as well as plasma cleaning procedures to deliver desired deposited material qualities. In addition, interactions with external support systems such as gas lines and cabinet, compressors and utility production units need to be understood and characterized. Modeling, whether based on fundamental principles or experimental data, is an essential tool in this optimization process, reducing the time required for experimentation. In this work, a first principles based thermal model of the system is constructed, guiding the design of an improved PECVD chamber delivering better substrate temperature levels and uniformity. On the other hand, material optimization work is supported by the identification of empirical models based on designed experiments, since fundamental models for these interactions are too complicated to be modeled accurately. Individual thin film layers, involved in thin film photovoltaic devices, were optimized in terms of crystallinity, thickness, deposition rate as well as critical optical and electrical properties. The growth of hydrogenated silicon thin films in amorphous (a-Si:H), nano-crystalline, and micro-crystalline regions with intrinsic, n- and p- doping types were characterized and optimized. Amorphous silicon nitride (SiNx) thin films with tunable silicon and nitrogen concentration, silver thin films with controlled thickness profile down to nm scale, aluminum doped zinc oxide (AZO) thin films with repeatable uniform conductivity were realized successfully. After completing the optimization of these individual layers, several thin film silicon based photovoltaic devices were fabricated. The different performances that are reported in this work include a p-i-n structured homojunction a-Si:H device, a heterojunction device and a heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) structured device. The efficiency values of 2.9 % (initial) for a-Si:H p-i-n structure, 15.9 % for heterojunction solar device and 12.5 % for one sided HIT device were recorded.
Benzer Tezler
- Demontaj hattı dengeleme problemi içeren kapalı çevrim tedarik zincirlerinin bulanık ortamda modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of the integrated problem of closed-loop supply chain network design and disassembly line balancing under fuzzy environment
EREN ÖZCEYLAN
Doktora
Türkçe
2013
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURAN PAKSOY
- Isı borularının modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of heat pipes
MEHMED AKİF PAKSOY
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH ÖZEN ÜNVERDİ
- Claus prosesi reaksiyon fırını ve atık ısı kazanının modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of reaction furnace and waste heat boiler of Claus process
ECEM MÜGE ANDOĞLU
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN KAYTAKOĞLU
- Modeling and optimization of nanoparticle production by flame spray pyrolysis method
Alev sprey piroliz yöntemi ile nanopartikül üretimininmodellenmesi ve optimizasyonu
MUSTAFİ ALHALEEB
Doktora
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESRİN EKİNCİ MACHIN
- Statcom içeren güneş-rüzgar hibrit mikroşebekenin modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of a solar-wind hybrid microgrid with statcom
HALE BAKIR
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AFŞİN KULAKSIZ