3D-microstructuring and selective etching of silicon by nanosecond pulsed infrared laser for photovoltaic applications
Fotovoltaik uygulamalar için nanosaniye atımlı kızılötesi fiber lazer ile silikonun üç boyutlu mikroyapılandırılması ve seçici aşındırılması
- Tez No: 935634
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV, DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 71
Özet
Lazerle modifiye edilen silikon yapılar ve seçici kimyasal aşındırma işlemi, ileri düzey fotovoltaik uygulamalar için umut verici yeni bir yöntem sunmaktadır. Bu tez, maskesiz, nanosaniye kızılötesi (IR) lazer destekli bir yöntem kullanarak gömülü kontak açıklıkları ve esnek silikon waferlar elde etmeyi amaçlamaktadır. Bu tezde, nanosaniye atımlı erbiyum katkılı fiber lazer kullanarak silikon içerisinde kristal silikonda (c-Si) oldukça kontrollü oluşturulan yüzey ve yüzey altı modifikasyonlar sunulmaktadır. Lazer ile modifiye edilen bölgeler, yaygın olarak kullanılan bakır destekli kimyasal aşındırma (Cu-ACE) yöntemi ile seçici olarak aşındırılarak üç boyutlu (3B) yapılar ortaya çıkarılmaktadır. Lazer işleminin silikonun mekanik ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi değerlendirilerek, önerilen yöntemin fotovoltaik uygulamalar için uygun olduğu gösterilmektedir. Aynı zamanda gömülü kontak açıklıklarının üretimi için nanosaniye lazer işlemi ve Cu-ACE aşındırma kombinasyonu optimize edilmiştir. Yüksek seçiciliğe ve minimum yüzey pürüzlülüğüne sahip hassas gömülü yapılar başarıyla oluşturulmuştur. Bu yaklaşım, karmaşık fotolitografi adımlarına duyulan ihtiyacı ortadan kaldırarak gömülü kontak güneş hücrelerine (BCSCs) maliyet açısından verimli bir şekilde entegre edilmesini sağlamaktadır. Tez çalışması esnek silikon wafer üretimine de odaklanmaktadır. Lazerle kontrollü modifikasyonlar gerçekleştirilerek silikonun mekanik uyarlanabilirliği artırılmış, ancak yapısal bütünlüğü korunmuştur. Optimize edilen aşındırma süreci, modifiye edilen bölgeleri başarıyla ortadan kaldırarak bükülebilen silikon hücrelerin elde edilmesini sağlamıştır. Sonuç olarak, önerilen lazer destekli seçici aşındırma yöntemi, geleneksel silikon işleme tekniklerine ölçeklenebilir ve düşük maliyetli bir alternatif sunmaktadır. Bu yöntem, yüksek hassasiyetli mikro yapılandırma olanağı sağlayarak güneş enerjisi , optoelektronik ve mikro-elektromekanik sistemler gibi çeşitli alanlarda uygulanabilir.
Özet (Çeviri)
Laser-induced silicon modifications combined with selective chemical etching offer a promising approach for advanced photovoltaic applications. This thesis investigates a maskless, nanosecond infrared (IR) laser-assisted method to achieve precise buried contact openings and flexible silicon wafers without damaging the wafer. A custom- developed nanosecond-pulsed erbium-doped fiber laser is employed to induce localized modifications through nonlinear absorption processes. These modifications are then selectively removed using a copper-assisted chemical etching (Cu-ACE), widely used Si etchant containing Cu(NO3)2, HNO3, HF, and CH3COOH, process to reveal well-defined three-dimensional (3D) structures. While it offers a high etch rate, its low selectivity and surface roughness limit precise 3D structuring. The study first examines the fundamental mechanisms governing laser-induced modifications in silicon, including carrier dynamics, energy absorption, and material response to nanosecond laser pulses. The impact of laser processing on silicon's mechanical and electrical properties is assessed, ensuring that the proposed method does not degrade silicon's minority carrier lifetime, a crucial factor for photovoltaic efficiency. The buried contact opening process is optimized using a combination of laser processing and Cu-ACE etching, achieving precise subsurface structures with high selectivity and minimal surface roughness. This approach eliminates the need for complex photolithography steps and enables cost-effective integration into buried contact solar cells (BCSCs). Additionally, the thesis explores the fabrication of flexible silicon wafers by introducing controlled modifications that enhance mechanical adaptability while maintaining structural stability. The optimized etching process successfully removes modified regions, resulting in flexible silicon wafer.
Benzer Tezler
- 3D-microstructuring of silicon induced by nanosecond pulsed infrared fiber laser for potential solar cell applications
Potansiyel güneş hücresi uygulamaları için nanosaniye atımlı kızılötesi fiber lazer yardımıyla silikonun üç boyutlu mikroyapılandırılması
BESNA BÜLBÜL TATBUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Shear induced fiber alignment and acoustic nanoparticle micropatterning during stereolithography
Stereolitografi sırasında kayma kaynaklı fiber oryantasyonu ve akustik nanoparçacık mikroşekillendirmesi
DORUK ERDEM YUNUS
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiLehigh UniversityMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. YALING LIU
- Silisyum alttaş yüzeylerinin 3 boyutlu mikro yapılarının optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optical properties of 3-d microstructures of silicon substructure surfaces
MURAT SAMET AKCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOptik ve Fotonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UMUT AYDEMİR
- 3D scalar imaging of dielectric objects buried under a rough surface
Engebeli yüzey altına gömülü dielektrik cisimlerin üç boyutlu skaler durumda görüntülenmesi
EVRİM TETİK
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN