Çevre dostu CuSbSe2 ince film güneş hücreleri: Sürdürülebilir enerji için zehirli olmayan pencere katmanlarının kullanımı
Enviromentally friendly CuSbSe2 thin film solar cells: Utilizing non-toxic window layers for sustainable energy
Yazar: ERSİN BAL
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN SÜRÜCÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş enerjisi = Solar energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, çevre dostu ve toksik olmayan malzemeler kullanılarak üretilen CuSbSe2 (CASe) ince film güneş hücrelerinin performansının artırılması amaçlanmıştır. Güneş enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları arasında büyük bir öneme sahip olup, sürdürülebilir enerji üretiminde kritik bir rol oynamaktadır. Bu bağlamda, yüksek verimli ve çevre dostu güneş hücrelerinin geliştirilmesi büyük bir ihtiyaçtır. Çalışmada, güneş hücrelerinin etkinliğini artırmak için ZnSnO pencere tabakası ve CASe soğurucu tabakası kullanılarak üst-tabaka (superstrate) mimarisi benimsenmiştir. ZnSnO ince filmleri, vakum ortamında ters manyetik saçtırma yöntemi ile üretilmiş ve çeşitli analitik yöntemlerle karakterize edilmiştir. CASe ince filmleri ise, Sb2Se3 ve CuSe buharlaştırma kaynakları kullanılarak termal buharlaştırma ve elektron demeti ile buhar biriktirme yöntemleri ile üretilmiş ve tavlama işlemleri uygulanmıştır. ZnSnO ve CASe tabakaları kullanılarak üretilen güneş hücrelerinin performansı incelenmiş ve çevre dostu malzemelerle yüksek verimli güneş hücrelerinin üretilebileceği gösterilmiştir. Üretilen güneş hücrelerinin en iyi performansı, 300 °C tavlanan CASe soğurucu tabakaları ile elde edilmiş olup, bu koşullarda kısa devre akım yoğunluğu (Jsc) 19.6 mA/cm², açık devre voltajı (Voc) 0.31 V, dolum faktörü (FF) %40 ve güç dönüşüm verimliliği (PCE) %2.43 olarak ölçülmüştür.
Bu çalışma, sürdürülebilir enerji çözümleri için önemli bir adım olup, gelecekteki araştırmalar için değerli bilgiler sunmaktadır. Elde edilen sonuçlar, çevre dostu ve yüksek verimli ince film güneş hücrelerinin geliştirilmesi yolunda önemli bir ilerleme sağlamaktadır.

Abstract:
This thesis focuses on enhancing the performance of environmentally friendly and non-toxic CuSbSe2 (CASe) thin-film solar cells. Solar energy holds significant importance among renewable energy sources and plays a critical role in sustainable energy production. In this context, the development of high-efficiency and eco-friendly solar cells is a major necessity. In this study, to improve the efficiency of solar cells, a superstrate architecture was adopted using ZnSnO window layer and CASe absorber layer. ZnSnO thin films were produced using a vacuum environment and reverse magnetic sputtering method and were characterized using various analytical techniques. CASe thin films were produced using Sb2Se3 and CuSe evaporation sources through thermal evaporation and electron beam deposition methods, followed by an annealing process. The performance of solar cells produced using ZnSnO and CASe layers was examined, demonstrating that high-efficiency solar cells can be produced with environmentally friendly materials. The best performance of the produced solar cells was obtained with the CASe absorber layers annealed at 300 °C, with a short-circuit current density (Jsc) of 19.6 mA/cm², an open-circuit voltage (Voc) of 0.31 V, a fill factor (FF) of 40%, and a power conversion efficiency (PCE) of 2.43%. This study is a significant step towards sustainable energy solutions, providing valuable information for future research. The results indicate a major advancement in the development of environmentally friendly and high-efficiency thin-film solar cells.