Zinc oxide based transparent conductive oxide thin films deposited by R.F. magnetron sputtering for photovoltaic applications
Çinko oksit alaşımlı saydam illetken oksit ince filmlerin fotovoltaik uygulamalar için R. F. manyetik sıçratma tekniğiyle biriktirilmesi
- Tez No: 650793
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET EKERİM, DOÇ. DR. ALP OSMAN KODOLBAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Metalurjisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
Saydam iletken oksit tabakalar (SİO) yüksek optik geçirgenlikli ve düşük öz dirence,sahip fotovoltayik malzemelerdir. Enerji tasarruflu, düşük emisyonlu pencere uygulamaları, dokunmatik ekran ve kontrol panelleri kullanım alanlarından bazılarıdır. Malzeme özelliklerine bağlı olarak, yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Ayrıca,elektriksel iletkenlikleri ve saydamlık özellikleri sayesinde güneş pilleri ve düz panel ekranlarda ön yüzey elektrotu olarak da kullanılmaktadırlar. Günümüzde, yüksek optik geçirim, düşük elektriksel direnç, ucuz hammadde maliyeti, toksik olmama gibi özellikleri sayesinde çinko oksit (ZnO) ve alüminyum katkılı çinko oksit (ZnO:Al) erin yeni nesil SİO malzemesi olarak kullanımı günden güne artmaktadır. Ayrıca, bu tabakalar birçok biriktirme tekniğine kolaylıkla adapte edilebilmektedir ve manyetik alanda sıçratma bu tekniklerden biridir. Yapılan birçok araştırmaya göre, biriktirme hızı, uygulanan r.f. gücü, hedef-altlık mesafesi, ısıtma, proses basıncı, vb. sıçratma parametrelerinin elde edilen ince film özelliklerine etkisi kritik önem taşımaktadır. Bu parametre etkilerini anlamak için, ZnO ve 2% Al katkılı ZnO ince filmler cam altlık üzerine r.f. manyetik alanda sıçratma yöntemi kullanılarak ısıtma işlemi uygulanmaksızın büyütülmüştür. Uygulanan r.f. gücü 145 W-175 W arasında değişirken, hedef-altlık mesafesi 35 mm-65 mm aralığında belirlenmiştir. Proses gazı olarak argon kullanılmış ve basınç 0.15 Pa-0.60 Pa aralığında değişmiştir. İncelemeler küçük değişim aralıklarında gerçekleştirilmiştir. Büyütülen ince filmlerin karakterizasyonunda çok çeşitli teknikler kullanılmıştır. Bunlar; X-ışınları difraksiyonu (XRD), atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskopisi (HRTEM), dört uçlu ölçüm probu ve optik geçirim (UV-Vis.) şeklindedir. Elde edilen sonuçlara göre katkısız ZnO ince filmler için en düşük öz direnç (1.16×10- 3Ω-cm) ve en yüksek optik geçirim (80%) gibi özellikler; 165 W r.f. gücünde, 45 mm hedef- altlık mesafesinde ve 0.30 Pa değerlerinde elde edilirmiştir. Ancak, ZnO:Al ince filmler için en iyi sonuçlar 165 W r.f. gücünde, 45 mm hedef- altlık mesafesinde ve 0.30 Pa proses gaz basıncında elde edilmiştir. Elde edilen bütün ince filmler, c-(002) kristolografik ekseninde altlık yüzeyine dik olarak yönlenmiştir. Ayrıca ZnO:Al ince filmler ZnO ince filmlere kıyasla daha düşük öz direnç (1.1 ×10-3 Ω.cm) ve daha yüksek optik geçirim (86%) değerine sahiptir. Elektriksel bant geçirim aralıkları ise, 3.45 eV- 3.87 eV aralığında değişmiştir. Yüzey pürüzlülük değerleri (RMS) ZnO için 5.44 nm ZnO:Al için 2.36 nm olarak ölçülmüştür. Bu çalışmalara ilaveten ZnO:Al ince film büyütme parametreleri a-Si: H/c-Si Heteroeklem güneş pillerine uygulanmış, elde edilen değerler termodinamiksel olarak analiz edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Transparent conductive oxides (TCO) are photovoltaic materials with high optical transmittance and low resistivity have a common area of use in energy efficient, lowemission windows applications, touch screens and control panels, etc. Due to their electrical conductivity and transparency properties they are used for solar cells and flat panel displays as front-surface electrode. Nowadays, the usage of zinc oxide(ZnO) and aluminum doped zinc oxide (ZnO:Al) as a new generation TCO materials are increasing rapidly. They have enhanced properties as high optical transmission, lower electrical resistivity, cheaperraw material cost and absence of toxicity. Also,they are appropriate for various deposition techniques, and magnetron sputtering is one of them. According to many investigations, deposition parameters of sputtering such as deposition rate, r.f. power, and target-to-substrate distance (DTS), heating, process pressure etc. have a critical importance on the quality of thin film properties. To identify the influence of these parameters both ZnO and standard 2%Al doped ZnO thin films were deposited on glass by using r.f. magnetron sputtering without intentional heating. All the depositions were carried non-reactively. The r.f. power was varied in the range of 145 W to 175 W while, DTS was changed from 35 mm to 65mm. The process gas; argon pressure was changed from 0.15 to 0.60 Pa. The investigations were carried on in small variation ranges. Moreover, characterization of the growth thin films carried on using various techniques. These are; X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), four point probe and ultraviolet–visible (UV–VIS) spectrophotometer. According to the obtained results, for un-doped ZnO thin films with higher qualities as lowest resistivity (1.16×10-3Ω.cm) and highest transparency (80%) were achieved at 165W r.f. power, 45mm DTS and 0.30 Pa. However, for ZnO:Al thin films better results were obtained at around 165 W, 45mm DTS and 0.30 Pa process gas pressure. All the thin films were oriented with the crystallographic c-(002) axis perpendicular to the substrate surface. Also, ZnO:Al thin films had lower resistivity (1.1 ×10-3Ω.cm) and higher transmittance values (86%) than ZnO thin films. The electrical band gap was changed from 3.45eV to 3.87eV for ZnO:Al thin films. Surface roughness (RMS) values were obtained as 5.44nm for ZnO and as 2.36nm for ZnO:Al. In addition to the studies, deposition parameters of ZnO:Althin film was applied as TCO layer in a-Si: H/c-Si heterojunction solar cells and the achieved results were thermodynamically analyzed.
Benzer Tezler
- Machine learning analysis on nanomaterials literature data and knowledge exploration
Makine öğrenimi ile nanomalzeme literatür verisinin analizi ve bilgi keşfi
CUMHUR YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Alüminyum, bakır katkılı çinko oksit yarı iletken sentezi
Aluminum, copper doped zinc oxide semiconductor synthesis
BULUT HÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
EnerjiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ESRA TELLİ
YRD. DOÇ. MURAT FARSAK
- Fabrication and electrical characterization of sonochemically grown nanostructured ZnO dye sensitized solar cells
Sonokimyasal metodla büyütülmüş ZnO nano yapılı boya duyarlı güneş pillerinin fabrikasyonu ve elektriksel karakterizasyonu
TELAT GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAVUZ BAYAM
- Çinko oksit (ZnO) nanoyapıların organik güneş pillerinde uygulaması
Organic solar cells on ZnO nanostructures
FARUK BALLIPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- The effect of bending cycles on optical and electrical properties of multilayer ZTO/AG/ZTO and ITO transparent conductive oxide thin films grown by magnetron sputtering
Bükülme döngülerinin mıknatıssal saçtırma ile büyütülmüş çok katmanlı ZTO/AG/ZTO ve ITO şeffaf iletken oksit ince filmlerin optik ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi
CENKAY ÇELİKLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
DR. MEHTAP ÖZDEMİR