Güneş hücresi malzemelerinin yüzey spektroskopisi yöntemleri ile incelenmesi
Characterization of the solar cell materials using surface spectroscopy techniques
Yazar: İLKER YILDIZ
Danışman: PROF. DR. ATALAY KÜÇÜKBURSA ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yarıiletken tabanlı güneş hücreleri bir yarıiletkenin farklı iyonlarla katkılanarak elde edilen p-n yapılar (homo) ile üretilebileceği gibi farklı yarıiletken malzemelerin bir araya getirilmesi ile oluşturulan çoklueklem yapılar ile de üretilebilir. Silisyum tabanlı güneş hücreleri silisyumun kolay katkılanabilmesi nedeniyle genellikle p-n eklemi olarak üretilebilse de maalesef 2 ve daha fazla elementten oluşan yarıiletkenlerin kontrollü bir şekilde katkılanması oldukça zordur. Bu sebepten çoklueklem yapıların kullanılması birçok uygulamada olduğu gibi güneş hücrelerinde de kaçınılmazdır. Çoklueklem güneş hücrelerinde katkı miktarı ile bant yapılarının kontrolü yüksek verimlilik elde etmek için kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında farklı soğurucu malzemelerin (perovskit ve silisyum) enerji bant yapıları ve bu soğurucular ile temas halinde bulundukları elektron ve deşik geçirici tabakaların arasındaki bant uyumları morötesi fotoelektron spektroskopisi (UPS) ile belirlenmiştir. Ek olarak uçuş zamanlı kütle spektroskopisi (TOF-SIMS) ölçümleri ile güneş hücrelerini oluşturan aktif katmanlarının içerdiği katkılama miktarları çalışılmıştır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile farklı katmanlara ait elementel oranlar ve kimyasal kompozisyonlar ile beraber derinlik katman profilleri araştırılacaktır. UPS ve XPS valans bant maksimumlarının belirlenmesi için birbirleri ile tamamlayıcı özelliklere sahiptirler. Bant aralığı bilgileri ve valans bant maksimum değeri iletim bantı ayarlamalarına imkân verecektir ve bu sayede üstün elektron ve deşik transferine sahip katmanlar elde edilebilecektir. Bu tez çok katmanlı güneş hücrelerinin mükemmele yakın bir bant yapısına sahip olarak üretilmesini sağlayacaktır.

Abstract:
Most solar cells fabricated using earth abundant materials are based on heterojunction architecture since their doping to form p-n junctions is quite challenging. Therefore, band alignment engineering by impurity management is critical for the performance of heterojunction thin film solar cells. In this thesis, the interfaces between different layers within various solar cell compositions are studied by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) determine the valence band alignment and therefore to engineer better electron and hole transport layers. Additionally, time of flight secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS) studies will be carried out to measure the impurity levels in various (Perovskit) active layers of the solar cells, and the effect of impurity level to the valence band maximum are investigated. Elemental concentrations and chemical compositions of various layers are investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) depth profiling technique. UPS and XPS are performed complementarily to measure the valence band maximum more precisely. Finally, band gap of the target materials are measured via optical reflection and transmission measurements. Bant gap information and the valence band maximum value will be used to obtain the conduction band alignment and therefore in designing superior electron transport layers. This thesis will allow the fabrication of heterojunction solar cells with near-perfect band alignment.