Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin geliştirilmesi


Öğrenci: NESLİHAN AKÇAY

Danışman: SÜLEYMAN ÖZÇELİK

Özet:

Bu çalışmada, Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücrelerinin her bir katmanın karakterizasyon ve optimizasyon çalışmaları yapılarak güneş hücrelerinin geliştirilmesi amaçlandı ve geliştirilen güneş hücrelerinin akım-gerilim karakteristikleri incelenerek performansları değerlendirildi. RF magnetron püskürtme tekniği ile biriktirilen Mo filmlerin, SKC altlıktan Mo film ve CZTS soğurucu katmana gerçekleşen Na difüzyonun anlaşılması amacıyla detaylı SIMS derinlik profili analizi yapıldı. CZTS soğurucu katmanın sentezlenmesi, öncü filmin biriktirilmesi ve daha sonra sülfür atmosferinde tavlamayı içeren iki adımlı yaklaşım kullanılarak gerçekleştirildi. CZTS öncü filmlerinin biriktirilmesinde iki farklı yöntem kullanıldı: 1) Cu (DC), Sn (RF) ve ZnS (RF) hedef malzemelerinin eş zamanlı olarak biriktirildikleri eş-püskürtme yöntemi, 2) Zn (RF), Sn (RF) ve Cu (DC) metalik hedef malzemelerin sıralı katmanlarının biriktirildiği püskürtme yöntemi. Sülfürizasyon süreci, iki bölgeli difüzyon fırınında 550 °C'de farklı hacme ve basınca sahip sülfürizasyon ortamında, farklı sürelerde toz sülfür kullanılarak yapıldı ve filmlerin özellikleri üzerine etkileri değerlendirildi. Hücrelerin CdS tampon katmanı, KBB ve RF püskürtme teknikleri kullanılarak iki farklı yöntemle oluşturuldu. Son olarak, Al:ZnO/i:ZnO'dan oluşan TCO pencere katmanı ve üzerine Ni/Al ön kontak ızgaraları RF püskürtme tekniği ile biriktirilerek güneş hücreleri tamamlandı. Yapılan akım-gerilim ölçümleri sonucunda, soğurucu katmanı eş-püskürtme tekniği ile oluşturulan Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(KBB/PB)/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip güneş hücrelerinin ışığa duyarlılıkları olduğu belirlendi. Soğurucu katmanı, metalik hedeflerin sıralı katmanları şeklinde oluşturulan Ni/Al/Al:ZnO/i:ZnO/CdS(PB)/CZTS/Mo/SKC aygıt yapısına sahip güneş hücrelerinden %1,64 enerji dönüşüm verimliliği değeri elde edildi. Elde edilen bu aygıtın, 9,94 mA kısa devre akımına (ISC), 0,55 V açık devre gerilimine (VOC) ve 0,39 dolum faktörüne (FF) sahip olduğu belirlendi. Bu tez kapsamında, CZTS ince film güneş hücrelerinin her bir katmanının üretim ve optimizasyonları üzerine yapılan çalışmaların, ülkemizde çok yeni bir teknoloji olan CZTS ince film güneş hücreleri araştırma alanına önemli katkı sağlayacağı düşünülmektedir.