Al katkılı ZnO ince filmlerin solar parametrelerinin belirlenmesi
Determination of solar parameters of al doped ZnO thin films
- Tez No: 958880
- Danışmanlar: PROF. DR. FEYZA GÜZELÇİMEN, PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Bu tez çalışması, artan küresel enerji ihtiyacı ve fosil yakıt kullanımına bağlı çevresel sorunlar karşısında, güneş ısı kontrolünün enerji verimliliği üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır. Bu kapsamda, Al katkılı çinko oksit (ZnO:Al) ince filmlerin sol-jel spin kaplama yöntemiyle üretilmesi ve bu filmlerin solar parametrelerinin değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, fotovoltaik (PV) sistemlerin enerji verimliliğini artırmak amacıyla, ZnO:Al şeffaf iletken oksit (TCO) tabakalarının güneş ışınımı ile etkileşimleri incelenmiş; kaplama parametrelerinin (döndürme hızı, katman sayısı, tavlama sıcaklığı) bu etkileşim üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Bu doğrultuda filmlerin yapısal, elektriksel ve optik karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Deneysel bulgular, döndürme hızı ve tavlama sıcaklığındaki artışın ZnO:Al ince filmlerinin kalınlığı ve optik geçirgenliği üzerinde anlamlı değişikliklere yol açtığını göstermiştir. X-ışını kırınımı (XRD) analizleri, 500 °C üzeri tavlanan örneklerde kristal yapının daha düzenli hale geldiğini ve ZnO'nun wurtzite fazında kristallendiğini ortaya koymuştur. Taramalı elektron mikroskopisi (SEM) görüntüleri, film yüzeyinin homojenliğini ve yüzey pürüzlülüğündeki değişimleri ortaya koyarken, atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) analizleri ise dönüş hızı ve katman sayısına bağlı olarak yüzey topografyasındaki farklılıkları göstermiştir. Bu değişimlerin, solar yansıtıcılık ve geçirgenlik gibi optik özelliklerin optimize edilmesinde etkili olduğu belirlenmiştir. Ultraviyole-görünür-yakın kızılötesi (UV-VIS-NIR) spektrofotometresi ile gerçekleştirilen optik ölçümler sonucunda, ultraviyole geçirgenliği (τuv), görünür geçirgenlik (τvis) ve toplam solar geçirgenlik (τe) değerleri belirlenmiş; bu veriler kullanılarak toplam güneş enerjisi geçirgenliği (g) ve gölgeleme katsayısı (SC) hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, ZnO:Al ince filmlerin yüksek geçirgenlik ve yüksek iletkenlik özellikleri sayesinde, özellikle sıcak iklim bölgelerinde güneş kontrol camı olarak etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Bu çalışma, ZnO:Al ince filmlerin güneş kontrol kaplaması olarak potansiyel kullanımını ortaya koymakta ve hem uzay teknolojileri hem de mimari uygulamalar kapsamında enerji verimliliği ve termal konforun artırılmasına katkı sunmaktadır. Ayrıca, güneş enerjisi sistemlerinin tasarımında solar parametrelerin optimize edilmesine yönelik bilimsel bir temel sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis addresses the impact of solar heat control on energy efficiency in the face of increasing global energy demand and environmental issues caused by fossil fuel consumption. Within this scope, the study focuses on the fabrication of aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films using the sol-gel spin coating method and the evaluation of their solar-related parameters. To enhance the energy efficiency of photovoltaic (PV) systems, the interaction between ZnO:Al transparent conductive oxide (TCO) layers and solar radiation was investigated. The effects of coating parameters—specifically spin speed, number of layers, and annealing temperature—on the structural, electrical, and optical properties of the films were systematically analyzed. Experimental results revealed significant variations in film thickness and optical transmittance with increasing spin speed and annealing temperature. X-ray diffraction (XRD) analysis indicated that the crystal structure became more ordered at an annealing temperature of above 500 °C, with ZnO crystallizing in the wurtzite phase. Scanning electron microscopy (SEM) images demonstrated the homogeneity of the film surface and changes in surface roughness, while atomic force microscopy (AFM) analyses showed that surface topography varied with the number of layers and spin speed. These morphological changes were found to influence the optimization of solar reflectance and transmittance properties. Optical measurements performed using ultraviolet-visible-near infrared (UV-VIS-NIR) spectrophotometry yielded values for ultraviolet transmittance (τuv), visible transmittance (τvis), and total solar transmittance (τe). Based on these data, total solar energy transmittance (g) and the shading coefficient (SC) were calculated. The findings suggest that ZnO:Al thin films, due to their high transmittance and high conductivity characteristics, are suitable for use as effective solar control coatings, particularly in hot climate regions. Overall, this study demonstrates the applicability of ZnO:Al thin films as solar control coatings and contributes to improving energy savings and thermal comfort in both aerospace technologies and architectural applications. Moreover, it provides a scientific foundation for the optimization of solar parameters in the design of solar energy systems.
Benzer Tezler
- 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
NİLÜFER DUYGULU
Doktora
İngilizce
2013
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET EKERİM
DOÇ. DR. ALP OSMAN KODOLBAŞ
- Flor(F) katkılı ZnO ince filmlerin büyütülmesi, karakterizasyonu ve güneş pili potansiyeli
Growth and charachterization of F doped ZnO thin films and their solar cell potential
AHMET ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ
- Nanocrystalline ZnO:Al thin films prepared by sol-gel dip coating technique and ZnO: Al/p-Si heterojunctions
Sol-gel daldırmalı kaplama tekniği ile üretilmiş nano yapılı ZnO:Al ince filmler ve ZnO: Al/p-Si heterokavşaklar
ÖZGE KARACASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Capacitance-voltage and current-voltage characteristic properties of ZnO:Al/p-Si heterojunction
ZnO:Al/p-Si heterokavşakların kapasitans-voltaj ve akım-voltaj karakteristik özellikleri
YELİZ KÖSE
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Boya duyarlı güneş hücreleri için hidrotermal yöntem ile üretilen ZnO ve AZO nanoyapılı filmlerin elektrokimyasal ve korozyon özellikleri
Electrochemical and corrosion properties of ZnO and AZO nanostructured films produced by hydrothermal method for dye-sensitized solar cells
ORKUN GÜLTEPE
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERHUNDE ATAY