Fotovoltaik güneş hücrelerinde kullanılmak üzere tek kristal silisyum mikrotel üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of single crystal silicon microwires to be used in photovoltaic solar cell
Yazar: DAVUT ÇAKICI
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM UĞRAŞ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi olan güneş enerjisi, elektrik enerjisi üretimi adına gelecek vadetmektedir. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren güneş hücrelerinin geliştirilmesine yönelik Ar-Ge çalışmaları tüm dünyada 65 yılı aşkın süredir yoğun olarak devam etmektedir. Doğada bolca bulunan silisyumdan üretilen güneş hücreleri görece düşük üretim maliyeti ve yüksek verimi ile öne çıkarak mevcut güneş enerjisi pazarında %90'lık pay ile ilk sırada bulunmaktadır. Ayrıca, nano ve mikro yapılı silisyum fotovoltaik güneş hücrelerinin üretilmesi için de yoğun Ar-Ge çalışmaları yürütülmektedir. Bu çalışmada, tek kristal silisyum mikrotel dizisi üretimi, nanoküre desenleme, plazma ile aşındırma ve metal destekli kimyasal aşındırma yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Kullanılan bu yöntemler, kolay, hızlı ve ucuz olmalarının dışında güneş hücresi üretim teknolojisi ile de uyumluluk göstermiştir. Mikrotel üretiminin desenleme kısmında Langmuir-Blodgett nanoküre desenleme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem, mikrokürelerin tek katman ve homojen olarak 3" çapındaki silisyum pul üzerine dakikalar içerisinde ve çok az kusurla aktarılmasına imkân vermesi sebebiyle seçilmiştir. Böylece altıgen yapıda sıkıca paketlenmiş ve tek kat olarak dizilmiş küreler kaplama maskesi olarak kullanılmıştır. Kürelerin olduğu gibi kullanımı yerine plazma ortamında bir miktar aşındırılarak maske olarak kullanılması ve ardından ısıl buharlaştırma ile altın metalinin biriktirilmesi sonucunda bal peteği deseninde altın elek yapılar elde edilmiştir. Pul üzerinde ince film metal eleğin elde edilmesinin ardından, metal destekli kimyasal aşındırma yöntemi ile aşındırma sürecine tabi tutulmasıyla düzenli ve sabit çaplı mikroteller üretilmiştir. Elde edilen mikrotelerin, katkı fırınlarında dıştan içeri doğru kısmen katkılanmasıyla radyal p-n eklem yapısına sahip güneş hücreleri elde edilmiştir. Yapılan ölçüm sonuçlarına göre elde edilen verim %14'tür.

Abstract:
As renewable energy source solar energy is promising electric energy production for future. More than 65 years, there is a huge R&D effort throughout the world to develop solar cells. Solar cells made of silicon, one of the most abundant material, with relatively low production cost and high efficiency leading the solar energy market with its 90% share. Moreover, there are many research have been observed for the nano and micro structured silicon photovoltaic solar cell. In this study, single crystal well-ordered silicon microwire production was accomplished by nanosphere lithography, plasma etching and metal assisted chemical etching. Those methods are easy, fast and cheap and also consistent with solar cell production technology. Langmuir-Blodgett technique was used at nanosphere lithography. This method was preferred to easily transfer mono layer microspheres to 3 inches silicon wafer within minutes with minimum defect. Thus, hexagonal package and mono layer ordered spheres were used as a shadow mask. Spheres were etched in plasma medium followed by thermal evaporation to obtain honeycomb patterned gold mesh thin film. After obtaining patterned gold thin film, metal assisted chemical etching process has been utilized to produce regular and constant diameter silicon microwires. Those microwires have been doped by furnace with out to form radial p-n junction solar cells. According to the measurement results, the yield was obtained 14%.