Deposition and characterization of CZTS thin film for solar cell applications
Güneş pili uygulamaları için CZTS ince filmlerinin biriktirilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 848964
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT KALELİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: CZTS, Stichometry, Sprey pirolizi, FTO, Günes¸ pili, CZTS, Stichometry, Spray pyrolysis, FTO, Solar cell
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
(CZTS), bol miktarda bulunan ve çevreye dost dört elementten olus¸an p-tipi bir yarı iletken malzemedir. Ayrıca günes¸ ıs¸ınımından maksimum sayıda foton sog˘urmaya uygun yüksek ıs¸ık sog˘urma katsayısı ve bant aralıg˘ı deg˘erine (1,5 eV) sahiptir. Bu olumlu özellikler onu günes¸ pili uygulamalarının absorbans katmanı için mükemmel bir alternatif malzeme haline getirmektedir. Bu çalıs¸mada, Cu2ZnSnS4 (CZTS) ince filmleri, (2:1:1:4) stokiyometrik biles¸im oranında el spreyi pirolizi teknig˘i kullanılarak cam/FTO altlıklar üzerine bas¸arılı bir s¸ekilde biriktirildi. Kristal CZTS filmi üretmek için en iyi alttas¸ sıcaklıg˘ına göre optimize edildi. Tavlama sıcaklıklarının CZTS üz- erindeki etkisini görmek için ince filmler atmosferik kos¸ullar altında farklı sıcaklıklarda (250, 300, 350 ve 400 ◦C) tavlanmıs¸ ve tavlama sıcaklıg˘ı arttıkça kristal tane boyutunun arttıg˘ı ve ideal tavlama sıcaklıg˘ı 400 ◦C olarak belirlendi. Günes¸ pili uygulamalarına daha uygun Cu-fakir filmler üretmek için; CSTS filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri XRD, SEM, EDS, UV-Vis ve I-V analizleri kullanılarak deg˘erlendirildi. Analizler en iyi alt tabaka sıcaklıg˘ının 400 ◦C oldug˘unu ortaya çıkardı ve EDS sonucu, zayıf Sn davranıs¸ı sergileyen CZTS ince filmi oldug˘unu kanıtladı. Bu filmler sog˘u- rucu katman olarak kullanılarak FTO/CZTS/CdS/ZnO cihazları üretildi ve karanlık ve AM1 ıs¸ık kos¸ulları altında akım-voltaj (I-V) ölçümleriyle karakterize edildi. Cu, Zn ve Sn konsantrasyonunun CZTS ince filmi üzerindeki etkisi de incelenmis¸tir. Bakır- dan fakir çinko bakımından zengin stokiyometrik olmayan oran (1.6:0.9:0.8:1.2) için uygulanan 400 ◦C'lik bir substrat sıcaklıg˘ı ve 400 ◦C'de bir tavlama sıcaklıg˘ı, CZTS ince filminin bas¸arıyla sentezlenmesini sag˘ladı. FTO/CZTS/CdS/ZnO cihazı, CZTS, CdS ve ZnO ince filminin bir cam FTO substratı üzerine biriktirilmesiyle bas¸arıyla üretildi ve elektriksel olarak karakterize edildi. Bu cihaz Cu/Zn + Sn = 0,79 ve Zn/Sn = 1.23' lük stokiyometrik olmayan oran ile %0.02' lik bir güç dönüs¸üm verimlilig˘i sag˘ladı. Bu tezin amacı olan FTO/CZTS/CdS/ZnO'dan olus¸an bir cihaz yapısının, düs¸ük maliyetli malzeme ve tam sprey piroliz biriktirme teknig˘i kullanılarak günes¸ pili olarak çalıs¸tırılabileceg˘i deneysel olarak ilk kez açıklıg˘a kavus¸turuldu.
Özet (Çeviri)
(CZTS) is a p-type semiconductor material consisting of four elements that are abundant and friendly to the environment. In addition, it has a high light absorption coefficient and band gap value (1.5 eV) which is suitable to absorb the maximum number of photons from the sun's radiation. These favorable properties make it an excellent alternative material for the absorbance layer of solar cell applications. In this work, Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films were successfully deposited on glass/FTO substrates using a hand spray pyrolysis technique at a stoichiometric composition ratio of (2:1:1:4). They were optimized in the manner of best substrate temperature to produce crystalline CZTS film. To see the effect of annealing temperatures on the CZTS, thin films were annealed at different temperatures (250, 300, 350, and 400 ◦C) under atmospheric conditions and, it was observed that the crystal grain size increased with increasing annealing temperature and the ideal annealing temperature was determined to be 400 ◦C. To produce Cu-poor films that are more suitable for solar cell applications; the structural, optical, and electrical properties of the CZTS films were evaluated by using XRD, SEM, EDS, UV-Vis, and I-V measurements. The result revealed that the best substrate temperature is 400 ◦C and the EDS result proved to be CZTS thin film exhibiting poor-Sn behavior. FTO/CZTS/CdS/ZnO devices were produced using these films as an absorber layer and characterized by current-voltage (I-V) measurements under dark and AM1 light conditions. The effect of Cu, Zn, and Sn concentration on CZTS thin film was also studied. A substrate temperature of 400 ◦C and an annealing temperature at 400 ◦C applied for a copper-poor zinc-rich non-stoichiometric ratio of (1.6:0.9:0.8:1.2) led to the success of the synthesis of CZTS thin film. The FTO/CZTS/CdS/ZnO device was successfully produced by depositing CZTS, CdS, and ZnO thin film on a glass FTO substrate and characterized electrically. This device gave a power conversion efficiency of 0.02 % with the non-stoichiometric ratio of Cu/Zn + Sn = 0.79 and Zn/Sn = 1.23. Experimentally, it was clarified for the first time that a device structure of FTO/CZTS/CdS/ZnO can be run as a solar cell by using low-cost material and a fully spray pyrolysis deposition technique which is the aim of this thesis.
Benzer Tezler
- Optimization of Cu2ZnSnS4 absorber layers via sulfurization of electrodeposited Cu-Zn-Sn precursors for photovoltaic applications
Başlık çevirisi yok
BEGÜM ÜNVEROĞLU
- 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
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ÜLKÜ ARICI
- Growth, characterization and solar cell potential of Cu2ZnSn4 thin films
Cu2ZnSnS4 ince filmlerin büyütülmesi, karakterizasyonu ve güneş pili potansiyeli
SÜLEYMAN KAHRAMAN
- Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Development of Cu2ZnSnS4 thin film solar cells
NESLİHAN AKÇAY
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- Copper zinc tin sulfite CZT(S,Se) for solar cell applications
Bakır çinko kalay sülfat CZT(S,Se) için güneş pili uygulamaları
YUNUS EMRE BOYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ÜLKÜ ARICI