Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Development of Cu2ZnSnS4 thin film solar cells
- Tez No: 472674
- Danışmanlar: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 209
Özet
Bu çalışmada, Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin her bir katmanın karakterizasyon ve optimizasyon çalışmaları yapılarak güneş hücrelerinin geliştirilmesi amaçlandı ve geliştirilen güneş hücrelerinin akım-gerilim karakteristikleri incelenerek performansları değerlendirildi. RF magnetron püskürtme tekniği ile biriktirilen Mo filmlerin, SKC altlıktan Mo film ve CZTS soğurucu katmana gerçekleşen Na difüzyonun anlaşılması amacıyla detaylı SIMS derinlik profili analizi yapıldı. CZTS soğurucu katmanın sentezlenmesi, öncü filmin biriktirilmesi ve daha sonra sülfür atmosferinde tavlamayı içeren iki adımlı yaklaşım kullanılarak gerçekleştirildi. CZTS öncü filmlerinin biriktirilmesinde iki farklı yöntem kullanıldı: 1) Cu (DC), Sn (RF) ve ZnS (RF) hedef malzemelerinin eş zamanlı olarak biriktirildikleri eş-püskürtme yöntemi, 2) Zn (RF), Sn (RF) ve Cu (DC) metalik hedef malzemelerin sıralı katmanlarının biriktirildiği püskürtme yöntemi. Sülfürizasyon süreci, iki bölgeli difüzyon fırınında 550 °C'de farklı hacme ve basınca sahip sülfürizasyon ortamında, farklı sürelerde toz sülfür kullanılarak yapıldı ve filmlerin özellikleri üzerine etkileri değerlendirildi. Hücrelerin CdS tampon katmanı, KBB ve RF püskürtme teknikleri kullanılarak iki farklı yöntemle oluşturuldu. Son olarak, Al:ZnO/i:ZnO'dan oluşan TCO pencere katmanı ve üzerine Ni/Al ön kontak ızgaraları RF püskürtme tekniği ile biriktirilerek güneş hücreleri tamamlandı. Yapılan akım-gerilim ölçümleri sonucunda, soğurucu katmanı eş-püskürtme tekniği ile oluşturulan Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(KBB/PB)/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip güneş hücrelerinin ışığa duyarlılıkları olduğu belirlendi. Soğurucu katmanı, metalik hedeflerin sıralı katmanları şeklinde oluşturulan Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(PB)/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip güneş hücrelerinden %1,64 enerji dönüşüm verimliliği değeri elde edildi. Elde edilen bu aygıtın, 9,94 mA kısa devre akımına (ISC), 0,55 V açık devre gerilimine (VOC) ve 0,39 dolum faktörüne (FF) sahip olduğu belirlendi. Bu tez kapsamında, CZTS ince film güneş hücrelerinin her bir katmanının üretim ve optimizasyonları üzerine yapılan çalışmaların, ülkemizde çok yeni bir teknoloji olan CZTS ince film güneş hücreleri araştırma alanına önemli katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, it was aimed to develop Cu2ZnSnS4 thin film solar cells by making characterization and optimization works of its each layer, which has a Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS/CZTS/Mo/SLG device structure and the performances of the developed solar cells were evaluated by analyzing their current-voltage characteristics. With the intention to understand Na diffusion which occurs from SLG substrate to Mo film and CZTS absorber layer, the detailed SIMS depth profile analysis of the RF magnetron sputtered Mo films was conducted. The synthesis of CZTS absorber layer was carried out by using the two-step approach, which includes the deposition of the precursor film and afterwards a thermal annealing step in sulphur atmosphere. The deposition of precursor films of CZTS absorber layer was performed by two different methods: 1) The simultaneous deposition of Cu (DC), Sn (RF) and ZnS (RF) targets by co-sputtering technique, 2) The sputter deposition of sequential layers of Zn, Sn ve Cu metallic targets. The sulphurization process was conducted in a sulphurization atmosphere with different volume and pressure at 550 °C in a two zoned furnace for different periods bu using powder and its effects on the properties of the films was evaluated. The CdS buffer layer of the cells was formed by using tow different techniques, CBD and RF magnetron sputtering. Finally, the solar cells were completed by the RF sputtered deposition of Al:ZnO/i:ZnO TCO layer and Al/Ni front contact grids. As a result of current-voltage measurement, it was determined that the solar cells with the device structure Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(CBD/RF)/CZTS/Mo/SLG which were formed by co-sputtering technique, had a sensitivity to the light. From the solar cell with the Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(CBD/RF)/CZTS/Mo/SLG device structure, which was formed sequential layers of metallic targets, was obtained the energy conversion efficiency value of 1,64 %. It was determined that this obtained device had a short circut current (ISC) of 9,94 mA, a open-circut voltage (VOC) of 0,55 V and a fill factor (FF) of 0,39 %. With the context of this thesis, it is considered that the production and optimization studies that were made on the each layer of CZTS thin film solar cells to make an important contribution to the research of CZTS thin film solar cells, which is a very new technolgy in our country.
Benzer Tezler
- 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
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN KARAAĞAÇ
- Çözelti tabanlı cu2znsns4 (Czts) güneş hücrelerinin hazırlanması ve geliştirilmesi
Preparation and developing of solution-based cu2znsns4 (Czts)solar cells
AHMET TUMBUL
Doktora
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiHarran ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT ASLAN
- Efficiency studies of Cu2ZnSnS4 thin film solar cell
Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin verim çalışmaları
ECE MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRCAN ARAL
- X-ray photoelectron spectroscopy analysis of magnetron sputtered Cu2ZnSnS4 based thin film solar cells with CdS buffer layer
CdS tampon katmanlı mıknatıssal saçtırılmış Cu2ZnSnS4 tabanlı ince film güneş hücrelerinin X-ışını fotoelektron spektroskopi analizi
AYTEN CANTAŞ BAĞDAŞ
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
- 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