Material and device characterization of ZnInSe2 and Cu0.5Ag0.5InSe2 thin films for photovoltaic applications
ZnInSe2 ve Cu0.5Ag0.5InSe2 ince filmlerinin fotovoltaik uygulamalar için malzeme ve aygıt karakterizasyonu
- Tez No: 441981
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET PARLAK, PROF. DR. AYŞE ÇİĞDEM ERÇELEBİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yarı iletken güneş pili, Yarı iletken ince filmler, Semiconductor solar cell, Semiconductor thin films
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, fotovoltaik uygulamalarda kullanılmak amacıyla n-tipi ZnInSe2 (ZIS) ve p-tipi Cu0.5Ag0.5InSe2 (CAIS) polikristal ince film yapılarının malzeme ve aygıt karakterizasyonları yapılmıştır. ZIS polikristal yapısı, II-VI grubuna ait ZnSe ikili yapısına benzer II-III-VI bileşik grubuna ait bir üçlü kalkopirit yarıiletkendir. İkili yapıdaki örneklerine benzer olarak, yüksek bant aralığına, buna karşılık ZnSe yapısına göre düşük özdirenç değerine sahiptir, böylece umut verici bir pencere tabakasıdır. Diğer yandan, CAIS polikristal ince film yapısı dörtlü kalkopirit yarıiletken bileşikleri içerisindedir ve CuInSe2 (CIS) ve AgInSe2 (AIS) üçlü kalkopirit yapılarının tüm elementlerine sahiptir. Böylece, CAIS polikristal ince filmlerin, bu üçlü yapıların direk bant aralığı ve yüksek soğurma katsayısı özellikleri gibi benzer özelliklere sahip olduğu önerilmektedir. Bu, fotovoltaik uygulamalarda, soğurucu katman olarak kullanılması için uygun olabileceğini göstermektedir. Bu ince film katmanlarının malzeme karakterizasyonu amacı altında, fiziksel termal buharlaştırma tekniği kullanılarak, cam alttaşlar üzerine saf element kaynaklarının buharlaştırmasıyla üretilmiştir. Üretim işlemi sırasında, alttaş sıcaklığı yaklaşık 200 °C'de tutulmuştur. İnce filmler ilk önce, ısıl işlem görmemişken karakterize edilmiştir. Daha sonra, örneklerin bazılarına, yapısal, elektriksel ve optik özellikleri üzerindeki tavlama etkisini incelemek için, azot ortamında üretim sonrası ısıl işlem uygulanmıştır. Buna ek olarak, bu filmlerin diyot davranışları ve temel diyot parametreleri karakterize edilmiştir. Bu amaç altında, her heteroeklem, uygun iletkenlik tipine göre Si alttaş üzerine üretilmiştir. Tüm malzeme ve aygıt karakterizasyon basamaklarını tamamladıktan sonra, son olarak, ITO/n-ZIS/p-CAIS/In heteroyapıları güneş gözesi uygulamaları olarak üretilmiştir. Bu heteroeklemlerin detaylı elektriksel karakterizasyonu, aygıt karakteristiklerini incelemek ve sandiviç yapıdaki baskın iletkenlik mekanizmasını belirlemek için sıcaklığa bağlı akım-voltaj (I-V) ve frekansa bağlı kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri yardımıyla yapılmıştır. Ayrıca, ışık altındaki tepkisini incelemek için dalga boyuna bağlı I-V ölçümleri yapılmıştır. Eklemin, ışık spektral çalışma menzilini belirlemek için, spektral ışık tepkime ölçümleri 300-1200 nm dalga boyu aralığında yapılmıştır. Bu ölçüm, ayrıca film katmanlarının aygıt yapısı üzerindeki etkilerini ve katkılarını görmek için yapılmıştır. Ayrıca, oda sıcaklığında üretilen heteroeklemlerin fotovoltaik karakteristikleri 20 ile 115 mW/cm2 aralığında değişen farklı aydınlatma şiddetlerinde incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this work, material and device characterization of n-type ZnInSe2 (ZIS) and p-type Cu0.5Ag0.5InSe2 (CAIS) polycrystalline thin films were investigated under the aim of possible photovoltaic applications. ZIS polycrystalline structure is a ternary chalcopyrite semiconductor belongs to the group of II-III-VI compounds with the interest of II-VI binary analog of ZnSe structure. Similar to its binary analogs, it has a high band gap value, however low resistivity values compared to ZnSe structure, so that it can be promising material as a window layer. On the other hand, CAIS polycrystalline thin film structure belongs to quaternary chalcopyrite semiconductor compounds and contains both of the elements in the CuInSe2 (CIS) and AgInSe2 (AIS) ternary chalcopyrite structures. Therefore, it is expected to have a similar characteristics with them, such as direct band gap, and high absorption coefficients. This indicates that it can be suitable to use as an absorber layer in the photovoltaic applications. Under the aim of material characterization of these thin film layers, they were deposited on soda lime glass substrates with the evaporation of pure elemental sources by using physical thermal evaporation technique. During the deposition process, the substrate temperature was kept at about 200 °C. The thin films were characterized firstly in as-grown form, and then annealed under the nitrogen environment to deduce the effects of annealing on the structural, electrical and optical properties of the deposited thin films. In addition to this, diode behaviors and basic diode parameters of these films were characterized. The heterostructure was produced by depositing the films on the Si-wafer having appropriate conductivity type. After completing all material and device characterization steps, as a final aim, ITO/n-ZIS/p-CAIS/In hetero-structure were fabricated as a solar cell application of the combination of these film structures. Detailed electrical characterization of this hetero-junction was performed by the help of temperature dependent current-voltage (I-V) and frequency dependent capacitance-voltage (C-V) measurements to investigate the device characteristics and to determine dominant conduction mechanism in this sandwich structure. Wavelength dependent I-V measurements were also performed to investigate the photo-transport properties. To determine photo-spectral working range of the junction, the spectral photo-response measurements were carried out in the spectral range of 300-1200 nm. This measurement was also performed in order to see the effects and contributions of the film layers on this device structure. Moreover, at room temperature, the photovoltaic characteristics of the deposited hetero-junction were investigated under different illumination intensities varying in between 20 to 115 mW/cm2.
Benzer Tezler
- Magnetron sputtering growth of AZO/ZnO /Zn(O,S) multilayers for Cu2ZnSnS4 thin film solar cells: Material and device characterization
Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücreleri için AZO/ZnO /Zn(O,S) çoklu katmanlarının mıknatıssal saçtırma ile büyütülmesi: Malzeme ve aygıt karakterizasyonu
FULYA KÖSEOĞLU
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
DOÇ. DR. GÜLNUR AYGÜN ÖZYÜZER
- Fabrication and characterization of P3HT-WO3 hybrid thin films and device applications
P3HT-WO3 hibrit ince filmlerin üretimi, karakterizasyonu ve cihaz uygulamaları
FATMA BEYZA YEDİKARDEŞ ER
Doktora
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ZAYİM
PROF. DR. MUSTAFA ALTUN
- Growth, characterization and device applications of cadmium zinc telluride thin films
Kadmiyum çinko tellür ince filmlerin büyütülmesi, karakterizasyonu ve aygıt uygulamaları
ÇİĞDEM DOĞRU BALBAŞI
Doktora
İngilizce
2022
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET PARLAK
- Synthesis, characterization, and application of manganese-doped iron sulfide nanoplatelets on carbon cloth: A negative flexible and wearable electrode material for future electronics and energy storage
Synthesis, characterization, and application of manganese-doped iron sulfide nanoplatelets on carbon cloth: A negative flexible and wearable electrode material for future electronics and energy storage
ALMİLA NUR GÖZÜTOK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMREN NALBANT
- Polimerik kolon dolgu maddesi üretimi ve kromatografik olarak incelenmesi
Synthesis and characterization of polymeric column packed material
ARZU SİNEM SATILMIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSA ŞÖLENER