Fotovoltaik hücreler için metal katkılı ZnO nanoyapıların üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of metal doped ZnO nanostructures for photovoltaic cells
Yazar: UBADE ABDULAZİZ
Danışman: DOÇ. DR. NESLİHAN ÜZAR KILIÇ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde gezegenimiz, birincil enerji kaynağı olarak fosil yakıtların aşırı kullanılması nedeniyle, küresel ısınma sorunları yaşamaktadır. Buna ek olarak, bu fosil kaynaklarının hızla tükenmesi, tüketimin üretime göre fazla olmasından kaynaklanan yüksek fiyatlar, çevreye ve insan sağlına vermiş olduğu zararlar ile enerji güvenliği gibi birçok alanda sorunlar yaşanmaktadır. Bu nedenle son zamanlarda güvenli, temiz ve çevre dostu olan yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından Güneş tüm yaşamın kaynağı olması, bol ve bedava bir doğal kaynak olmasından dolayı en çok bilimsel çalışmaların yapıldığı konulardan biridir. Güneş pilleri (fotovoltaik hücreler) p-n yarıiletken malzemelere dayalıdır. Güneş pilleri çalışmalarında üretimin kolay olması, ucuz ve toksik olmayan bir
malzeme olmasından dolayı ZnO (çinko oksit) çok kullanılmaktadır. Ancak ZnO elementinin geniş bant aralığına sahip olması fotovoltaik hücre veriminde olumsuz durumlara yol açmaktadır. Bu tez çalışmasında çinko oksidin iletkenliğini artırmak ve geniş bant aralığını daraltmak için Co (kobalt), B (bor) ve Fe (demir) elementleri katkılanmıştır. Malzemeler soljel yöntemi ile nano boyutta üretilmiştir. Optiksel, elektriksel ve yapısal karakterizasyonlarının belirlenmesi için üretilen malzemeler cam altlıklar üzerine daldırma kaplama yöntemi ile kaplanmıştır. Fotovoltaik özelliklerinin araştırılması içinde püskürtme yöntemi kullanılarak p tipi silikon altıklar üzerine kaplama yapılmıştır. Nano boyutta üretilen kristal malzemelerin bazılarında optiksel ve elektriksel özelliğinin geliştiği, fotovoltaik hücre olarak saf ZnO nanoyapılara göre Fe-B katkılı güneş hücreleri için veriminin arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
Today, our planet is experiencing global warming problems due to the excessive use of fossil fuels as a primary energy source. In addition, there are problems in many areas such as the rapid depletion of these fossil resources, the high prices caused by the consumption being more than the production, the damage to the environment and human health, and energy security. For this reason, interest in renewable energy sources, which are safe, clean and environmentally friendly, has been increasing recently. As one of the renewable energy sources, the sun is one of the most scientific studies because it is the source of all life and is an abundant and free natural resource. Solar cells (photovoltaic cells) are based on p-n semiconductor materials. ZnO (zinc oxide) is widely used in solar cell studies because it is easy to manufacture, inexpensive and non-toxic material. However, the fact that the ZnO element has a wide band gap leads to
negative situations in the efficiency of photovoltaic cells. In this thesis, Co (cobalt), B (boron) and Fe (iron) elements were added to increase the conductivity of zinc oxide and to narrow the wide band gap. The materials were produced in nano size by sol-gel method. In order to determine their optical, electrical and structural characterizations, the produced materials were coated on glass substrates by dip coating method. In the investigation of photovoltaic properties,
coating was made on p-type silicon substrates by using the spraying method. It has been observed that the optical and electrical properties of some of the crystal materials produced in nano size have improved, and the efficiency for Fe-B co-doped solar cells has increased compared to pure ZnO nanostructures as photovoltaic cells.