Fotovoltaik uygulamalar için üretilen dörtlü yarıiletken filmlerin optik ve yapısal özellikleri
Optical and structural characteristics of quaternary semiconductor thin films for photovoltaic applications
Yazar: AHMET TOMBAK
Danışman: PROF. DR. TAHSİN KILIÇOĞLU
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell

Özet:
Dünyada enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu ihtiyacın giderilmesinde
kullanılan fosil yakıtlar bir yandan tükenirken diğer yandan çevresel felaketlere neden
olmaktadır. Bu açıdan yenilenebilir enerjiler içerisinde güneş enerjisi, ihtiyaçların
sağlanmasında en önemli aday kaynaktır. Son yıllarda bu konuda oldukça önemli ve heyecan
verici çalışmalar yapılmaktadır.
Doğada da kayaç halinde bulunan Cu2ZnSnS4 (CZTS), kesterit, ticari olarak gittikçe
yaygınlaşmaya başlayan Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) ince film güneş pillerine en olası alternatif olarak öne çıkmaktadır. Ġçerdiği malzemelerin ucuzluğu ve teorik olarak Shockley-Queisser limitinde en uygun bant aralığı olan 1.5 eV luk optik bant aralığı değerine sahip olması ve büyük soğurma katsayısıyla (104 cm-1) CZTS, ince film güneş pili için çok uygun bir soğurucu katman malzemesidir. Cu2CdSnS4 (CCTS) ise 1.37 eV bant aralıklı, 104 cm-1 soğurma katsayısına sahip yapısı CTZS'ye benzeyen bir yarıiletkendir.
Bu çalışmada güneş pili üretiminde kendine yer bulmaya başlayan ucuz ve bol bulunan
malzemelerden Cu2CdSnS4 (CCTS) ve Cu2ZnSnS4 (CZTS) dörtlü yarıiletken filmler, ultrasonik
sprey piroliz yöntemleriyle cam altlıklar üzerine üretilmiştir. Ġnce filmlerin yapısal özellikleri X ışını kırınımı (XRD), molekül yapısı Raman Spektroskopisi, yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile belirlenmiştir. Güneş pili uygulamasında soğurucu katman olarak kullanılacak filmlerin ışık geçirgenliği ve soğurma özellikleri UV-VIS-NIR cihazı ile belirlendikten sonra optik bant aralıkları tespit edilmiştir. Önemli güneş pili parametrelerinden olan taşıyıcı yük yoğunluğu, iletkenlik tipi ve özdirenç Hall Etkisi ölçüm sistemiyle ölçülerek güneş pili üretimi için en uygun parametreleri taşıyan filmlerden güneş pili üretilmiştir.

Abstract:
The need for energy has been increasing day by day in the world. Fossil fuels which are
used to eliminate the need, are both depleted and cause environmental disasters. In this respect, solar energy among renewable energies is the most important candidate for energy resource. 
In recent years, studies on this issue have been very important and exciting.
Kesterite phase of Cu2ZnSnS4 (CZTS) occurs in the nature and is the most likely
alternative to Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin film solar cells which started to spread increasingly in all over the world. CZTS is very suitable absorber layer material for thin film solar cells due to containing cheap material, has a 1.5 eV band gap that is the most appropriate for theoretical Shockley-Queisser limit values and the large absorption coefficient (104 cm-1). Cu2CdSnS4 (CCTS) is a semiconductor with a band gap of 1.37 eV and has a large absorption coefficient over 104 cm−1 which makes it a possible photovoltaic material. Its structure is similar to CZTS.
In this work, cheap and abundant material containing Cu2CdSnS4 (CCTS) and Cu2ZnSnS4
(CZTS) starting to find its place in solar cell production, quaternary semiconductor films were produced on glass substrates by ultrasonic spray pyrolysis method. The structural features of the thin films were determined by X-ray diffraction (XRD), the molecular structure by Raman spectroscopy, surface morphology by Scanning Electron Microscopy (SEM). Light transmittance and absorbance of the films were used for determining of absorption properties by UV-VIS-NIR as absorber layers in photovoltaic applications. Optical band gaps of the films were determined. Important electrical parameters of solar cells such as charge carrier density, conductivity type and resistivity were measured by Hall effect measurement system. Solar cells were fabricated by using most appropriate thin films according to optical and electrical properties.