Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları

Abstract

Fotoelektrokimyasal güneş pilleri, suyun hidrojen ve oksijene ayrışması için gerekli olan enerjinin güneşten sağlandığı, böylece solar enerjinin kimyasal enerjiye dönüştürülerek depolanmasına olanak tanıyan sistemlerdir. Bu sayede elde edilen hidrojen yakıt pillerinde doğrudan elektriğe çevrilebileceği gibi kimya endüstrisinde değerli bir girdi olarak kullanılabilmektedir. Fotoelektrokimyasal güneş pillerinin en önemli bileşeni foto aktif elektrotlardır. Bu elektrotların suyun hidrolizi için uygun yasak bölge enerji aralığına ve foto korozyona karşı yüksek dayanıma sahip olmaları gerekmektedir. Bunların yanı sıra elektrotların büyük alanlara maliyet etkin şekilde uygulanabilmeleri de üretilen cihazların yaygın kullanımı açısından önem arz etmektedir. Literatürde bu motivasyonlardan yola çıkarak pek çok yarıiletken farklı yöntemlerle cam veya bükülebilir alttaşlar üzerinde büyütülerek fotoelektrokimyasal performansları incelenmiştir. Proje kapsamında ise kalkoprit yarıiletken ailesinin I-III-VI2 grubu üçlü bileşiklerinden olan bakır-indiyum-sülfür (CuInS2) ince filmlerin fotoelektrokimyasal güneş pili uygulamalarında kullanımı ve performansı incelenmiştir. Bu doğrultuda iki farklı üretim yönteminin avantaj ve dezavantajları karşılaştırılmış, ayrıca CuInS2 ince filmlerin galyum ve çinko katkılanmasının fotoelektrokimyasal özelliklere ve güneş pili performansına olan etkileri araştırılmıştır. Projenin son aşamasında ise pillerin bükülebilir alttaşlar üzerine aktarılması ve böylece büyük alan uygulamaları için öncül çalışmaların gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Projede CuInS2 ince film elektrotların üretimi için sprey piroliz ve fiziksel buhar depolama yöntemleri kullanılmıştır. Böylelikle fotovoltaik cihaz uygulamalarında kullanılan iki farklı üretim yönteminin bakır tabanlı kalkoprit elektrot üretimindeki avantaj ve dezavantajları karşılaştırılabilmiştir. Bu da üretim koşullarının yapısal, optoelektriksel özellikler ve fotoelektrokimyasal performans üzerindeki etkilerinin saptanmasını sağlamıştır. CuInS2 ince filmlerin galyum ve çinko katkılanması ile özellikle foto hassasiyetin kontrol edilebildiği görülmüştür. Bunlara ek olarak, projede üretim sırasında (in-situ) katkılama işlemleri gerçekleştirilerek maliyet etkin bir şekilde performans iyileştirilmesi yapılabilmiştir. Son olarak bakır tabanlı bileşik yarıiletken ince filmler bükülebilir alttaşlar üzerinde büyütülerek bu yapıların yeni nesil fotoelektrokimyasal güneş pillerine adapte edilebileceği gösterilmiştir.