Geri Dön

CZTSSe thin film: growth, characterization and solar cell applications

CZTSSe ince film: büyütme, karakterizasyon ve güneş hücresi uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 580587
  2. Yazar: MAKBULE TERLEMEZOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET PARLAK, PROF. DR. RAŞİT TURAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 172

Özet

Cu2ZnSn (S,Se)4 (CZTSSe) bileşiği, bileşenlerinin bolluğu ve toksik olmaması nedeniyle ince film güneş pili teknolojisi için en umut verici emici malzemelerden biridir. Ayrıca, CZTSSe, görünür bölgede 1-1.5 eV arasinda direkt bant aralığı değerine ve yüksek soğurma katsayısına (> 104 cm-1) sahiptir ve bu da güneş spektrumunun enerjiye dönüşmesini maksimum düzeyde sağlar. Bunun için, sadece birkaç mikron kalınlığa sahip olan CZTSSe emici tabaka, bant aralığından daha büyük enerjiye sahip tüm fotonları soğurmak için yeterlidir. Bir başka avantajı ise, kristal yapısının kalkopiritlere çok benzemesidir. CZTSSe ince film bazlı güneş pilleri kalkopirit bazlı güneş pillerine benzer şekilde üretilir. Bu çalışmada, CZTSSe ince filmlerinin büyütülmesine, karakterizasyonuna ve fotovoltaik uygulamalarına odaklanıldı. Bu bağlamda, ilk olarak, CZTSSe ince filmler termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak hem cam hem de silisyum (Si) alttaşlar üzerine büyütüldü. Biriktirme işlemi esnasında, CZTSSe ince filmlerini etkili ve uygun maliyetli bir şekilde elde etmek için sinterlenmiş CZTSSe kristal tozu buharlaşma kaynağı olarak kullanıldı. Üretilen ince filmlerin homojenliğini arttırmak için tavlama işlemi uygulandı. Ardından, tavlanmış filmlerin karakterizasyonu yapıldı. Daha sonra, çeşitli teknolojilerde muhtemel uygulanabilirliğini görmek amacıyla, CZTSSe/Si yapısının elektriksel özellikleri sıcaklığa bağlı akım-voltaj (I-V) ve frekansa bağlı kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri yapılarak incelendi. Buna ek olarak, bu çalışmada, kendiliğinden oluşan nano-pullarla kaplı bir yüzeye sahip olan CZTSSe ince filmleri, RF manyetik saçtırma yöntemi kullanılarak üretildi. Film yüzeyinde kendiliğinden oluşan nano-yapıların oldukça düşük yüzey yansıması sağladığı görüldü. Nano-pulların oluşumu incelendi. Film kalınlığının da dahil olduğu saçtırma işleminin hassas bir şekilde kontrol edilmesiyle, nano-pulların boyutunun ayarlanabildiği gözlendi. Ayrıca, alttaş sıcaklığının film yüzeyi üzerindeki nano-pulların oluşumu üzerindeki etkileri sabit bir üretim rotasında tartışıldı. Tezin son bölümünde, CZTSSe ince film tabanlı güneş pilleri, üst tabaka konfigürasyonunda üretildi. Bu amaçla, cam/ITO/CdS/CZTSSe/metal yapısının performansı incelendi. Ardından, geniş bant aralıklı ve iyi bir deşik bloklama malzemesi olmasından dolay titanyum dioksit katmanının (TiO2) aygıt performansı üzerindeki etkisi incelendi. Sonuç olarak, TiO2 katmanının açık devre voltajı üzerinde önemli ölçüdeki olumlu etkisi gözlendi.

Özet (Çeviri)

Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTSSe) compound is one of the most promising absorber materials for thin film solar cell technology due to the abundance and non-toxicity of its constituents. Besides, CZTSSe has an ideal direct band gap value in the range of 1-1.5 eV and high absorption coefficient (> 104 cm-1) in the visible region, which satisfies the conversion of the maximum amount of energy of the solar spectrum. For this, CZTSSe absorber layer with only a few microns of thickness is sufficient to absorb all the photons having the energy greater than its band gap. Another advantage is that its crystal structure is very similar to chalcopyrites. For this reason, CZTSSe thin film based solar cells are fabricated in a similar manner to chalcopyrite based solar cells. This study focused on the growth, characterization, and photovoltaic applications of CZTSSe thin films. In this context, firstly, CZTSSe thin films were grown by using thermal evaporation method on both glass and silicon (Si) substrates. During the deposition process, sintered crystalline powder of CZTSSe was used as the evaporation source to obtain CZTSSe thin films in an efficient and cost-effective way. Post annealing process was applied to increase the homogeneity of the deposited thin films. Subsequently, the characterization of annealed films was carried out. Then, the electrical properties of the CZTSSe/Si structure were investigated using temperature-dependent current-voltage (I-V) and frequency dependent capacitance-voltage (C-V) measurements for possible future applications in various technologies. Also, in this study, CZTSSe thin films having a surface decorated with self-assembled nanoflakes were fabricated by utilizing the RF magnetron sputtering method. It was observed that the self-assembled nanostructures on the surface of the film yield low surface reflectance. The formation of nanoflakes was investigated. It was observed that the size of nanoflakes can be adjusted by an accurate control of the sputtering process, including film thickness. Moreover, the effect of substrate temperature on the formation of nanoflakes at the film surface was discussed at a fixed deposition route. In the last part of the thesis, CZTSSe thin film based solar cells were fabricated in superstrate configuration. For this purpose, the performance of glass/ITO/CdS/CZTSSe/metal structure was investigated. Then, the effect of titanium dioxide layer (TiO2) on the device performance was examined due to its being a hole blocking and wide band gap material properties. As a result, the considerable positive effect of TiO2 layer on the open circuit voltage was observed.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    861061

    Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices

    Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru

    BETÜL TEYMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    EnerjiDuke University

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ

  2. Tez No

    421103

    Synthesis of copper zinc tin sulfide CZT(S,Se) with solution based method and formation and characterization of CZT(S,Se) thin films for photovoltaic application

    Solüsyon yöntemiyle CZTS sentezi ve fotovoltaik devreler için CZTS ince film oluşturma ve film özelliklerini inceleme

    RIDVAN ERĞUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÜLKÜ ARICI

  3. Tez No

    508171

    Investigation of the optical properties of Cu2ZnSnSe4 and detection of the secondary phases in Cu2ZnSnSe4 solar cell absorbers by spectroscopic ellipsometry

    Başlık çevirisi yok

    ÖZDEN DEMİRCİOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiCarl von Ossietzky Universität Oldenburg

    Prof. Dr. JURGEN PARISI

  4. Tez No

    489492

    Deposition of Cu-Zn-Sn-Se (CZTSe) thin films and investigation of their device properties

    Cu-Zn-Sn-Se (CZTSe) ince filmlerinin üretilmesi ve aygıt özelliklerinin belirlenmesi

    ÖZGE BAYRAKLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET PARLAK

  5. Tez No

    679752

    Cu2Sn(S,Se)3 ince filmlerinin üretilmesi ve aygıt özelliklerinin incelenmesi

    Production of Cu2Sn(S,Se)3 thin films and investigation of device properties

    TUĞBA BAYAZIT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Fizik ve Fizik MühendisliğiRecep Tayyip Erdoğan Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT TOMAKİN

Geri Dön