Esnek titanyum folyo alttaş üzerinde Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücreleri

Abstract

Projede, esnek titanyum (Ti) folyo alttaş üzerine büyütülen Cu2ZnSnS4 (CZTS) ince filmler üretilerek incelenmiştir. CZTS ince filmler iki aşamalı metot kullanılarak üretilmektedir. İlk aşamada, metalik öncül katmanlar olan Cu/Sn/Zn Ti-folyo alttaş üzerine DC mıknatıssal saçtırma metodu kullanılarak büyütülmektedir. İkinci aşamada ise kaplanmış olan metal öncül katmanların, Ar gazı ortamında belirlenen sıcaklık altında sülfürlenerek CZTS yapısının oluşturulması gerçekleştirilmektedir. Metalik öncül filmler, 530 ile 580 oC arasında değişen sıcaklıklarda sülfürlenerek, sülfürleme sıcaklığının CZTS filmlerinin yapısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üretilen CZTS filmler, EDX, XRD, SEM, XPS, Spektrofotometri ve Raman Spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, Ti folyo alttaş üzerinde yüksek kalitede CZTS ince filmlerin üretilmesinde ideal sülfürleme sıcaklığının 570 oC olduğu sonucuna varılmıştır. Proje kapsamında, Ti arka kontak ile Mo arka kontak etkisinin araştırılması amacıyla, SLG/Mo alttaş üzerine CZTS soğurucu film kullanılarak güneş hücrelerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. SLG/Mo/Cu(55nm)/Sn/Zn/Cu(120nm) sıralamasında Tip-1 ve SLG/Mo/Cu(120nm)/Sn/Zn/Cu(55nm) sıralamasında Tip-2 olarak CZT metalik öncüller büyütülmüştür. Aynı istifleme sırası için, Sn katmanı ile ardışık olarak büyütülen Cu katman kalınlığının film kalitesi üzerindeki etkisi araştırılarak, üretilen güneş hücrelerinin ışıkdönüştürme verimlilikleri ile bu etkinin varlığı doğrulanmıştır. CZTS güneş hücrelerinin bir diğer önemli katmanı ise tampon katman olarak Zn(O,S)?dir. Zn(O,S) ince filmlerin enerji aralığı ve kristal yapısının, filmlerdeki sülfür konsantrasyonlarının değiştirilmesiyle ayarlanabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, 2.4 eV'lik yasak enerji band aralığına sahip, n-tipi yarıiletken olan CdS tampon tabakaları kimyasal banyo biriktirme tekniği ile kaplanarak, optimizasyonuda yapılmıştır. SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/AZO yapısında güneş pilleri üretilmiştir. CdS tampon tabakasının kalınlığının, büyütülen güneş hücrelerinin verimliliği üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Pencere katman olarak alüminyum katkılı çinko oksit (AZO) ince filmlerin kaplanarak; alttaş pozisyonunun ve alttaş döndürme hızının filmlerin yapısal, optiksel ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Filmler üzerindeki stresin filmlerin hedef ekseninden uzağa yerleştirilmesi ve kaplama sırasında örnek tutucunun döndürülmesi ile önemli ölçüde azaltılabileceği gösterilmiştir. En iyi cihaz, öncüllerde Sn tabakasına bitişik kalın Cu tabakasına sahip olan ve 30 dak boyunca sülfürlenen CZTS filmlerinden elde edilmiştir.