Cu2ZnSnS4 tabanlı güneş pillerinin verimi üzerine çeşitli katkı maddelerinin etkisinin incelenmesi
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2016
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Yeni nesil güneş pili soğurucu malzemelerinden biri olan CZTS yarı iletken bileşiği üzerine yapılan çalışmalar hızla artmaktadır. Çevreci ve ucuz olması yönüyle ilgi çeken bu malzemenin geliştirilmesi temiz enerji kaynaklarının yaygınlaştırılması için çok önemlidir. Bu deneysel çalışmada, ucuz ve kolay uygulanabilir bir büyütme yöntemi olan sol-jel spin kaplama yöntemiyle CZTS ince filmleri elde edilmiş, büyütme çözeltisine katılan etilen glikol, etil selüloz, polietilen glikol, gliserol ve TritonX-100® katkı maddelerinin, filmlerin morfolojik, yapısal, optik ve foto voltaik özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Gliserol katkısı ile mikro çatlaklı bir yüzey yapısından; sürekli, yoğun, çatlaksız ve mikron boyutlu küre benzeri yapılardan oluşan boşluksuz bir morfoloji elde edilmiştir. Polietilen glikol katkısı ile CZTS numunelerinin, katkı kullanılmadan hazırlanan filmden farklı olarak, özellikle %0.85, %0.95 ve %3.00 katkılı oranlarında boyutları 350-400 nm arasında değişen küresel taneciklerden meydana geldiği görülmüştür. Triton X-100® katkı maddesinin eklenmesi diğer katkı maddelerine oranla dikkat çekici morfolojiler oluşmasına sebep olmuştur. Bu maddenin eklenmesiyle, film yüzeyinde en büyüğü yaklaşık 2500nm olan gözenekli/ağımsı yapılar oluşmuş ve katkılama oranının artışıyla gözenek çaplarında büyüme meydana gelmiştir. Yapılan yapısal incelemeler neticesinde üretilen filmlerde CZTS kesterit fazının elde edildiği, Raman analizi sonuçlarına göre, katkılama maddesi olarak kullanılan etilen glikol, etil selüloz, polietilen glikol, gliserol ve Triton X-100®'ün CZTS ince filmlerde herhangi bir ikincil faz oluşturmadığı görülmüştür. Başlangıç çözeltisine eklenen katkı maddelerinin filmlerin morfolojilerini ciddi oranda etkilediği belirlenmiş, CZTS ince filmlerin morfolojilerindeki değişimin dış kuantum verimini doğrudan etkilediği sonucuna varılmıştır. Katkısız olarak üretilen CZTS ince filmlerin dış kuantum verim değeri %5 iken, etil selüloz katkı maddesinin başlangıç çözeltisine %0.90 oranında eklenmesiyle %10 dış kuantum verimi elde edilmiştir. %0.50 ve %0.40 EG katkılı numunelerde%7-%8 arasında değişen dış kuantum verimleri elde edilmiştir. Triton X-100® katkı maddesi, CZTS ince filmlerinin foto çevrim özelliklerini negatif yönde etkilemiş, fakat elde edilen morfolojilerin çeşitli sensör uygulamaları için verimli olabileceği yorumu yapılmıştır.
As a new generation solar absorber material, the studies on CZTS semiconductor compound have been rapidly increasing. For the purpose of making renewable energy sources spread, it is very important to improve CZTS material which has been attracting much attention due to its environmental friendly nature and abundancy. In this experimental study, CZTS films have been deposited through a sol-gel spin coating method that cost effective and simple deposition method. The effects of some additives; ethyl glycol, ethyl cellulose, poly ethylene glycol, glycerol and TritonX-100® on the morphological, structural, optical and photovoltaic properties of the CZTS thin films have been investigated. Continuous, dense, micron-size grained morphology has been obtained by adding gliserol. In contrast to those of the films deposited without additive, it was found that the CZTS films produced adding 0.85%, 0.95% and 3.00% polyethylene glycol have exhibited morphologies composed of spherical particles with 350-400nm radius. Attractive porous and network like morphologies have been obtained after inclusion of TritonX-100® into the growth solution. The size of the pores has increased with increasing additive amount and maximum pore size was 2500 nm. Pure CZTS kesterite phase of the samples has been proved through Raman structural analyses and any secondary phases has not been detected in the films prepared with or without additive. It has been determined that the additives significantly affect the morphologies and thus external quantum efficiencies of the films. Adding 0.90% cellulose provided about 10% external quantum efficiency while the film prepared without additive exhibited ~5% efficiency. The films prepared with 0.50% and 0.40% ethylene glycol exhibited efficiency in between 7%-8%. Although TritonX-100® has been negatively affected the photo conversion efficiency of the films, it was suggested that those attractive morphologies may be useful for various sensor applications.
As a new generation solar absorber material, the studies on CZTS semiconductor compound have been rapidly increasing. For the purpose of making renewable energy sources spread, it is very important to improve CZTS material which has been attracting much attention due to its environmental friendly nature and abundancy. In this experimental study, CZTS films have been deposited through a sol-gel spin coating method that cost effective and simple deposition method. The effects of some additives; ethyl glycol, ethyl cellulose, poly ethylene glycol, glycerol and TritonX-100® on the morphological, structural, optical and photovoltaic properties of the CZTS thin films have been investigated. Continuous, dense, micron-size grained morphology has been obtained by adding gliserol. In contrast to those of the films deposited without additive, it was found that the CZTS films produced adding 0.85%, 0.95% and 3.00% polyethylene glycol have exhibited morphologies composed of spherical particles with 350-400nm radius. Attractive porous and network like morphologies have been obtained after inclusion of TritonX-100® into the growth solution. The size of the pores has increased with increasing additive amount and maximum pore size was 2500 nm. Pure CZTS kesterite phase of the samples has been proved through Raman structural analyses and any secondary phases has not been detected in the films prepared with or without additive. It has been determined that the additives significantly affect the morphologies and thus external quantum efficiencies of the films. Adding 0.90% cellulose provided about 10% external quantum efficiency while the film prepared without additive exhibited ~5% efficiency. The films prepared with 0.50% and 0.40% ethylene glycol exhibited efficiency in between 7%-8%. Although TritonX-100® has been negatively affected the photo conversion efficiency of the films, it was suggested that those attractive morphologies may be useful for various sensor applications.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Enerji, Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği
