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

Nurdan DEMİRCİ SANKIR (TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye)
Mehmet PARLAK (Adres Yazılmamış)
1 2

Proje Grubu: MFAG Sayfa Sayısı: 0 Proje No: 114F360 Proje Bitiş Tarihi: 15.04.2018 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 10-03-2020

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

Öz:
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.
Anahtar Kelime: Hidrojen Üretimi Fotoelektorkimyasal Güneş Pili İnce Film Bakır-İndiyum-Sülfür

Konular: Malzeme Bilimleri, Kaplamalar ve Filmler
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Awad, N. K., Ashour, E. A., Allam, N. K. 2014. “Recent advances in the use of metal oxidebased photocathodes for solar fuel production”, Journal of Renewable and Sustainable Energy, 6, 022702-1 - 022702-21.
  • Aydin, E., Demirci Sankir, N., 2013. “Ultrasonic spray deposition of CuInS2 absorber thin films: effect of nozzle frequency”, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 15, 14-21.
  • Aydin, E., Demirci Sankir, N., 2017. “Photovoltaic Performance and Impedance Spectroscopy Analysis of CuInS2 Thin Film Solar Cells Deposited on Polyimide Foil via Spray Pyrolysis”, International Journal of Electrochemical Science, 12, 9626-9639.
  • Aydin, E., Demirci Sankir, N., 2018. “AZO/metal/AZO transparent conductive oxide thin films for spray pyrolyzed copper indium sulfide based solar cells” Thin Solid Films 653, 29–36.
  • Berenguier, B., Lewerenz, H. J., 2006. “Efficient solar energy conversion with electrochemically conditioned CuInS2 thin film absorber layers.” Electrochemistry Communications 8, 165–169.
  • Buchmaier, C., Rath, T., Pirolt, F., Knall, A.C., Kaschnitz, P., Glatter, O., Wewerka, K., Hofer, F., Kunert, B., Krenn, K., Trimmel, G., 2016, “Room temperature synthesis of CuInS2 nanocrystals”, RSC Advances, 6, 106120-106129.
  • Cahen, D., Mirovsky, Y., 1985. “Ternary chalcogenide-based photoelectrochemical cells. Is there a thermodynamic explanation for the output stability of copper indium sulfide (CuInS2) and copper indium selenide (CuInSe2) photoanodes?”, Journal of Physical Chemistry 13, 2818–2827.
  • Chang, H-H., Ueng, H-Y., Zhong, T-X., Hwang H-L. 2000. “New Perspectives of Defect Pyhsics and Defect Chemistry for Copper Ternary Chalcopyrite Semiconductors”, Japanese Journal of Applied Physics, 39, 399-401.
  • Chen, Z., Jaramillo, T. F., Deutsch, T. G., Kleiman-Shwarsctein, A., Forman, A. J., Gaillard, N., Garland, R., Takanabe, K., Heske, C., Sunkara, M., McFarland, E. W., Domen, K., Miller, E. L., Turnere, J. A., Dinh, H. N., 2010. “Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogen production: Standards for methods, definitions, and reporting protocols”, Journal of Materials Research, 25, 3-16.
  • Cheng, K-W., Huang, C-M., Yu, Y-C., Li, C-T., Shu, C.-K., Liu, W-L., 2011. “Photoelectrochemical performance of Cu-doped ZnIn2S4 electrodes created using chemical bath deposition”, Solar Energy Materials & Solar Cells 95, 1940-1948.
  • Cheng, K-W, Wu, Y-C., Hu, Y-T., 2013. “Ternary CuInS2 photoelectrodes created using the sulfurization of Cu–In metal precursors for photoelectrochemical applications”, Materials Research Bulletin, 48, 2457–2468.
  • Demirci Sankir, N., Aydin, E., Unver, H., Uluer, E., Parlak, M., 2013. “Preparation and characterization of cost effective spray pyrolyzed absorber layer for thin film solar cells”, Solar Energy, 95, 21-29.
  • Demirci Sankir, N., Aydin, E., Sankir, M., 2014. “Impedance Spectroscopy and Dielectric Properties of Silver Incorporated Indium Sulfide Thin Films”, International Journal of Electrochemical Science, 9, 3864 – 3875.
  • Demirci Sankir, N., Aydin, E., Ugur, E., Sankir, M., 2015. “Non-toxic and environmentally friendly route for preparation of copper indium sulfide based thin film solar cells”, Journal of Alloys and Compounds 640, 468-474.
  • Dias, P., Lopes, T., Andrade, L., Mendes, A., 2014. “Temperature effect on water splitting using a Si-doped hematite photoanode”, Journal of Power Sources, 272, 567-580.
  • Fujishima, A., Honda, K. 1972. “Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”, Nature, 238, 37-38.
  • Goodman, C.H.L., Douglas, R.W,. 1954. “New semiconducting compounds of diamond type structure, Physica, 20, 1107-1109.
  • Hahn, V.H., Frank, G., Klingler, W., Dorothee, A., Störger, G., 1953. “Studies on some ternary chalcogenides. Z. Anorg. Chem., 271, 153-170.
  • Homura, H., Tomita, O., Higashi, M., Abe, R., 2017. “Fabrication of CuInS2 photocathodes on carbon microfiber felt by arc plasma deposition for efficient water splitting under visible light”, Sustainable Energy & Fuels, 1, 699-709.
  • Huang, Q., Ye, Z., Xiao, X. 2015. “Recent progress in photocathodes for hydrogen evolution”, Journal of Materials Chemistry A, 3, 15824-15837.
  • Kim, J., Minegishi, T., Domen, K., 2012. “Investigation of Cu defficient copper gallium selenide thin films as a photocathode for photoelectrochemical water splitting”, Journal of Applied Physics, 51, 1-6.
  • Krunks, M., Mikli, V., Bijakina, O., Rebane, H., Mere, A., Varema, T., Mellikov, E., 2000. “Composition and structure of CuInS2 films prepared by spray pyrolysis”, Thin Solid Films 361- 362, 61-64.
  • Li, J., Wu, N. 2015. “Semiconductor-based photocatlysis and photoelectrochemical cells for solar fuel generation: a review”, Catalysis Science & Technology, 5, 1360-1384.
  • Li, M., Su, J., Guo, L., 2008. “Preparation and characterization of ZnIn2S4 thin films deposited by spray pyrolysis for hydrogen production”, International Journal of Hydrogen Energy 33, 2891–2896.
  • Mavroides, J. G., Kafalas, J. A., Kolesar, D. F. 1976. “Photoelectrolysis of water in cells with SrTiO3 anodes”, Applied Physics Letters, 28, 241-243.
  • McDevitt, J. T. 1984. “Photoelectrochemical solar cells”, Journal of Chemical Education, 61 (3), 217-221.
  • Murali, K. R., Shanmugavel, A., Srinivasan, K., 2011. “Photoelectrochemical characteristics of pulse electrodeposited CuInS2 films”, Ionics 17,157–162.
  • Shay, J.L., Wernick, J.H., Ternary Chalcopyrite Semiconductors: Electronic Properties and Applications, Pergamon Press, New York 1975.
  • Ueno, Y., Hattori, Y., Ito, M., Sugiura, T., Minoura, H., 1992. “Synthesis and photoelectrochemical characterization of (Ag2S)x(In2S3)1−x and AgInS2−ySey”, Solar Energy Materials and Solar Cells, 26, 229–242.
  • Ugur, E., “Back Contact and Transparent Electrode Optimization For Flexible Chalcopyrite Thin Film Solar Cells” TOBB ETU, Micro and Nanotechnology Graduate Program, 2014.
  • Wilhelm, T., Berenguier, B., Aggour, M, Kanis, M., Lewerenz, H-J., 2006. “Efficient CuInS2 (CIS) solar cells by photoelectrochemical conditioning”, C. R. Chimie, 9, 294–300
  • Wu, J-J, Jiang, W-T., Liao, W-P., 2010. “CuInS2 nanotube array on indium tin oxide: synthesis and photoelectrochemical properties”, Chemical Communications 46, 5885–5887.
  • Ye, H., Park, H.S., Akhavan, V.A., Goodfellow, B. W., Panthani, M. G., Korgel, B. A., Bard, A.J., 2011. “Photoelectrochemical Characterization of CuInSe2 and Cu(In1−xGax)Se2 Thin Films for Solar Cells”, Journal of Physical Chemistry 115, 234–240.
APA DEMİRCİ SANKIR N, Parlak M (2018). Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. , 1 - 0.
Chicago DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. (2018): 1 - 0.
MLA DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. , 2018, ss.1 - 0.
AMA DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. . 2018; 1 - 0.
Vancouver DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. . 2018; 1 - 0.
IEEE DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M "Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları." , ss.1 - 0, 2018.
ISNAD DEMİRCİ SANKIR, Nurdan - Parlak, Mehmet. "Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları". (2018), 1-0.
APA DEMİRCİ SANKIR N, Parlak M (2018). Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. , 1 - 0.
Chicago DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. (2018): 1 - 0.
MLA DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. , 2018, ss.1 - 0.
AMA DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. . 2018; 1 - 0.
Vancouver DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları. . 2018; 1 - 0.
IEEE DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M "Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları." , ss.1 - 0, 2018.
ISNAD DEMİRCİ SANKIR, Nurdan - Parlak, Mehmet. "Bakır-İndiyum-Sülfür Kalkoprit Yarıiletken İnce Filmlerin Fotoelektrokimyasal Güneş Pili Uygulamaları". (2018), 1-0.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 1:38

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları