Fotovoltaik hücrelerde kullanılmak üzere yarı iletken ince filmlerin biriktirilmesi
Deposition of semiconductor thin films for use in photovoltaic cells
Yazar: ALİ BİRELLİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET FATİH GÖZÜKIZIL
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Fotovoltaik piller = Photovoltaic cells ; Kaplamacılık = Plating ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Fosil yakıtların tükenmesi, pahalı ve çevreye olan zararlı etkileri nedeniyle alternatif temiz enerji kaynaklarına yönelimini artırmaktadır. Yarı iletken teknolojileri yaygın olarak alternatif enerji kaynaklarında, optoelektronik, filtreleme, arıtım cihazlarında ve sensör uygulamalarında kullanılmaktadır. Titanyum dioksit (TiO2); kararlı kimyasal yapısı, zehirli olmaması, yüksek foto aktiviteye sahip olması ve maliyetinin düşük olması gibi özelliklerinden dolayı yaygın olarak tercih edilen yarı iletken bir malzemedir. Metal oksit yarı iletkenlerden olan TiO2, fotovoltaik hücrelerde ince film formunda aktif olarak kullanılmaktadır.
TiO2; kimyasal banyolama, elektrokimyasal depolama, sol-jel daldırarak ve döndürerek kaplama gibi metal oksit ince film biriktirme yöntemleri ile çeşitli altlıklar yüzeylerine ince filmler halinde biriktirilmektedir. TiO2 ince filminler kobalt (Co), krom (Cr), kalay (Sn), alüminyum (Al) ve bakır (Cu) gibi çok çeşitli katkı malzemeleri ile birlikte katkılanarak kristal yapı, yasak enerji aralıkları ve saydamlık gibi özellikleri değiştirilerek ince filmin yapılarının iyileştirilmesi sağlanmaktadır. 
Kaplama yöntemlerinden daldırarak kaplama yöntemi; farklı boyut ve şekillerdeki altlıkların kaplanabilmesi, uygulamanın basitliği, ileri teknoloji ya da pahalı cihaz gereksiniminin olmaması, istenilen kalınlığa göre süreç tekrarının yapılabilmesi, deneysel parametrelerin istenilen kaplama özelliğine göre değiştirilebilmesi gibi avantajları ile ön plana çıkarmaktadır.
Bu çalışma kapsamında; sol-jel daldırarak kaplama yöntemi ile katkısız TiO2, Al ve Cu metalleri ile katkılı TiO2 ince filmleri cam altlıklar üzerine biriktirilmiştir. %1, %3, %5 üç farklı katkılama oranlarında Al, Cu katkılı TiO2 ince filmler üretilerek; katkılamanın morfolojik, yapısal ve optik özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Üretilen katkısız ve Al, Cu Katkılı TiO2 ince filmlerin yapısal özellikleri X-Işını Kırınımı (XRD) Cihazı, morfolojik özellikleri Alan Emisyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve optik özellikleri UV-Vis. Spektrofotometresi kullanılarak karakterize edilmiştir. Karakterize edilen filmlerin fotovoltaik hücre katmanı olarak kullanımı simule edilmiştir.

Abstract:
The depletion of fossil fuels increases the orientation to alternative clean energy sources due to their expensive and harmful effects on the environment. Semiconductor technologies are widely used in alternative energy sources, optoelectronics, filtering, purification devices and sensor applications. Titanium dioxide (TiO2) is a widely preferred as a semiconductor material due to its features such as stable chemical structure, non-toxicity, high photoactivity and low cost. TiO2; a semiconductor metal oxide is actively used in the form of thin films in photovoltaic cells. 
TiO2; deposited as thin films on the surfaces of various substrates by Metal oxide thin film deposition methods such as chemical bathing, electrochemical deposition, sol-gel dipping spin coating. By doping TiO2 thin films with a wide variety of additives like cobalt (Co), chromium (Cr), tin (Sn), alumina (Al) and copper (Cu), improving the structures of the thin film by changing its properties such as crystal structure, forbidden energy gaps and transparency that is provided.
One of the coating methods, dip coating method; stands out with its advantages like being able to coat substrates of different sizes and shapes, simplicity of application, no need for advanced technology or expensive equipment, repeating the process according to the desired thickness, and changing the experimental parameters according to the desired coating feature.
In this study; pure TiO2, Al and Cu metals and also doped TiO2 thin films were deposited on glass substrates by sol-gel dip coating method. By producing Al, Cu doped TiO2 thin films with three different doping ratios of 1%, 3%, 5%; the effects of doping on morphological, structural and optical properties were investigated. Structural properties of produced pure and Al, Cu doped TiO2 thin films were determined by X-Ray Diffraction (XRD) Device, morphological properties by Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and optical properties by UV-Vis. It was characterized using a spectrophotometer. The use of the characterized films as photovoltaic cell layer is simulated.