İnce film güneş pili uygulamaları için poliimit alt taşların yüzey modifikasyonu, metalizasyonu, bakır-indium-galyum-sülfür soğurucu tabakanın sprey piroliz yöntemi ile büyütülmesi
Surface modification and metalization of polyimide substrates and deposition of copper-indium-gallium-sulfide thin films via spray pyrolysis for thin film solar cell
Yazar: HÜLYA ÜNVER
Danışman: DOÇ. DR. NURDAN DEMİRCİ SANKIR ; PROF. DR. MEHMET PARLAK
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada ince film güneş pili uygulamaları için kullanılan bakır-indiyum-galyum-sülfür (CIGS2) soğurucu tabakaların sprey piroliz yöntemi ile bükülebilir alttaşlar üzerinde üretimi yapılmıştır. Bükülebilir alttaş olarak kullanılan Poliimit yüzeyine, yüzey enerjisini ve yüzey pürüzlülüğünü artırmak için plazma yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Argon, azot ve oksijen plazma ortamında 0,5-5 dakika arasında plazma uygulanan poliimit alttaşların yapısal ve morfolojik özellikleri X-Işını fotoelektron spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu ve yüzey temas açısı ölçümleri ile belirlenmiştir. Her üç plazma çeşidi için en kısa plazma süreleri de dâhil olmak üzere önemli değişiklikler elde edilmiş olup oksijen plazma uygulanan yüzeylerde daha etkili sonuçlar elde edilmiştir. Plazma yüzey modifikasyonu yapılan poliimit alttaşların yüzeyine, kalkopirit yapılı ince film güneş pillerinde yaygın olarak kullanılan arka kontak metali olan molibden, saçtırma tekniği kullanılarak kaplanmıştır. Güneş pili üretim süreçlerinin birçoğu yüksek sıcaklık gerektirdiği için molibden kaplanan filmler ısıl işleme tabi tutulmuş ve elektriksel özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Sprey ısıl ergime yöntemi kullanılarak CIGS2 ince filmleri önce cam üzerinde solüsyon miktarı, solüsyon akış hızı, sıcaklık ve stokiyometri parametreleri değiştirilerek yapısal, optik ve elektriksel özellikleri taramalı elektron mikroskobu, X-Işını difraksiyonu, ultraviyole ve görünür ışık absorbsiyonu (UV-VİS) spektroskopisi ile belirlenmiştir. Yapılan kontrollü çalışmalar sonucunda 30 ml solüsyon miktarı kullanılarak 1,5 ml/dakika solüsyon akış hızında, CuGa0,5In0,5S2 sitokiyometrisinde 300 0C ve 325 0C de üretilen filmlerin en iyi film özelliklerine sahip oldukları belirlenmiştir. Yüzeylerine 0,5 ve 1 dakika oksijen plazma uygulanan ve molibden kaplanan film üzerine 300 0C de CIGS2 ince filmleri büyütülmüş, homojenlik ve tutunum açısından olumlu sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, copper-indium-gallium-sulfide absorber layer has been deposited via spray pyrolysis technique on flexible substrates. Polyimide has been used as flexible substrate. In order to modify the surface of the poyimide substrates plasma treatment has been performed. The structural and morphological properties of polyimide surfaces having been plasma treated under argon, nitrogen and oxygen environments for the time ranging between 0.5 and 5 min investigated by X-Ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy and contact angle measurement. For all plasma types even for vey short plasma exposure time like 30 seconds pronounced effects have been observed. However, the most effective results were obtained for oxygen plasma. Molybdenum which is the most frequently used metal back contact in chalcopyrite thin film solar cells have been deposited on plasma treated polyimide surfaces by sputtering technique. Molybdenum coated polyimide films annealed at higher temperatures and their electrical properties have been investigated. Because lots of photovoltaic manufacturing processes include high temperature production steps. The structural, morphological and optical properties of CIGS2 thin films which were deposited on soda lime glass via spray pyrolysis technique from various solution amounts, spray flow rates, temperatures and stoichiometry have been determined by scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and UV- VIS spectroscopy. It has been observed that, films obtained from 30 ml solution amount, CuGa0,5In0,5S2 solution stoichiomety, 1.5 ml/min solution flow rate and at 300 0C or 325 0C temperatures showed the best performance as absorber layer. CIGS2 thin film fabricated at 300 0C on 1 minute ad 0.5 minute oxygen plasma treated polyimide substrate. Both molybdenum back contact and CIGS2 films adhered very well on polyimide. Also CIGS2 films deposited on plasma treated polyimide were pin-hole free and homogenous.