Fotovoltaik Uygulamalar İçin Sıçratma Yöntemi İle Üretilen ZnO İnce Filmlerde Katkı Elementlerinin Etkisi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Ümmü Mustafaoğlu
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Ahmet KARAASLAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Saydam iletken oksit filmler (SİO), yüksek elektriksel iletkenlik ve optik özelliklere sahip fotovoltaik malzemelerdir. Güneş pili, düz panel, dokunmatik ekran, kontrol paneli ve mimari uygulamarda kullanılmaktadırlar. Yüksek optik geçirgenlik ve elektriksel iletkenliklerinden dolayı fotovoltaik uygulamalarda güneş pillerinin ön ve arka yüzey elektrodu olarak tercih edilmektedirler. Saydam iletken oksitler arasından ZnO yüksek elektriksel ve optik özelliklerinin yanında, geniş bant aralığı, kolay bulunabilirlik, zehirli olmama gibi özellikleri sayesinde günümüzde SİO malzemesi olarak fazlasıyla tercih edilmektedir. ZnO kaplamalardan beklenen özelliklerin uzun vadede ve daha yüksek performanslarla sağlanabilmesi için katkı elementleri ilavesi yapılmaktadır. Çünkü kullanım alanı gün geçtikçe genişleyen ince filmlerden elde edilen performans oldukça önemli bir parametredir ve bu performans film üretim tekniği ve film büyütme sonrasında uygulanan işlemler ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle ZnO filmlere Al ve Ga gibi element ilaveleri yapılmaktadır. ZnO filmleri birçok biriktirme tekniğiyle elde etmek mümkündür. Bu tekniklerden birisi olan manyetik alanda sıçratma; işlem kolaylığı, enerji tasarrufu ve elde edilen sonuçlar bakımından oldukça avantajlı bir yöntemdir. Fotovoltaik uygulamalarda kullanılacak olan ZnO, ZnO:Al ve ZnO:Ga ince filmlerin optik geçirgenlik, ışık tuzaklama kabiliyeti ve ışık saçılımı gibi özellikleri ne kadar yüksek olursa kullanıldıkları fotovoltaik sistemlerin verimi de o kadar artmaktadır. Ancak sıçratma sonrasında meydana gelen filmlerin yüzey yapıları pürüzsüz olduğu için ışık tuzaklama kabiliyetleri düşüktür. Bu nedenle, fotovoltaik sistemlerde verim sağlanması için film büyütme sonrasında yüzey pürüzlendirme işlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır.. Yüzey pürüzlendirme sonucunda daha kaba yüzeyler elde edilmektedir ve kabalaşmış film yüzeyindeki kırılma indisi farkı sayesinde ışık tuzaklama kabiliyeti artmaktadır. Bu çalışmada, a-Si: H, a-Si: H katlı, a-Si: H/μc-Si: H gibi ince film kullanılan güneş pillerinde ihtiyaç duyulan uygun pürüzlülük, düşük özdirenç ve yüksek optik geçirgenlik gibi özelliklerin; film büyütme sonrasında uygulanan kimyasal yüzey pürüzlendirme işlemi ile karşılanabilmesi amaçlanmıştır. Büyütülen ve pürüzlendirilen ZnO:Al ve ZnO:Ga filmlerin özelleiklerinin tayini için çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Filmlerin özdirenç ölçümleri için dört uçlu prob kullanılmıştır. Yüzey pürüzlülükleri atomic kuvvet mikroskobu (AFM) ile elde edilirken, kalınlık değerleri taramalı electron mikroskobu (SEM) yardımıyla ölçülmüştür. Optik geçirgenlik tayini için spektrofotometre (UV-VIS) kullanılmıştır. Pürüzlendirme sonucunda elde edilen filmlerin verimlilikleri, optik geçirim değerinin özdirence oranı ile elde edilen başarım ölçütü değeriyle hesaplanmıştır. Yüzey pürüzlendirme deneyleri sonucunda ZnO:Al ve ZnO:Ga filmlerin özdirenç değerleri x10-3 Ω.cm mertebesinde ölçülmüştür. NH4Cl ile pürüzlendirilen ZnO:Al filmlerin optik geçirim değerleri ortalama %83 ve yüzey pürüzlüğü ortalama (RMS) 18 nm'dir. HCl ile pürüzlendirilen ZnO:Al filmlerin ise geçirgenlik ve pürüzlülük değerleri ortalama %84 ve 9 nm'dir. ZnO:Ga filmlerin HCl ile pürüzlendirilmesi sonucunda filmlerin RMS değerleri ortalaması 24 nm ve optik geçirim değerleri ortalaması %84 olarak hesaplanmıştır. HF ile pürüzlendirme sonucunda ise ortalama RMS değeri 10,68 nm ve ortalama optik geçirgenlik değeri artışı %24 olarak ölçülmüştür. ZnO:Ga filmlerde pürüzlendirme etkisini arttırmak amacıyla %0,1'lik HCl çözeltisine HCl/HNO3 oranı 5:1, 4:1, 3:1 ve 2:1 olacak şekilde HNO3 ilavesi yapılmış ve filmler 15 saniye boyunca aşındırılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda HCl/HNO3 oranı 5:1, 4:1, 3:1 ve 2:1 olan çözeltilerde özdirenç değerleri sırasıyla 26,96 ×10-4 Ω.cm, 24,50 ×10-4 Ω.cm, 24,72 ×10-4 Ω.cm, 15,56×10-4 Ω.cm ve ortalama pürüzlülük değerleri 7,6 nm, 32,16 nm, 17,92nm ve 23,56 nm olarak ölçülmüştür. En yüksek pürüzlülük değeri 32,16 nm olarak elde edilen, 4:1 oranındaki HCl ve HNO3 ile hazırlanan çözelti ile pürüzlendirilen ZnO:Ga film, fotovoltaik uygulamaya aktarılmıştır.