Silicon surface treatment with sulfonic acid-based materials enable surface passivation and selective charge transport
Sülfonik asit bazlı malzemelerle gerçekleştirilen silisyum yüzey işlemlerinin yüzey pasivasyonu ve seçici yük aktarımı sağlaması
- Tez No: 810790
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Pasivasyon kalitesini arttırmada en önemli faktörlerden biri, yüzey rekombinasyonunun azaltılmasıdır. Şu anda, yüksek pasivasyon özelliklerine sahip dielektrik malzemeler tipik olarak vakum koşulları altında biriktirilir ve yüksek sıcaklıkta tavlama tekniklerine tabi tutulur. Bu araştırma bağlamında, her ikisi de istisnai pasivasyon kalitesi sergileyen Heptadecafluorooktane sülfonik asit solüsyonu (HD) ve Nonafluorobütan sülfonik asit solüsyonu (Nona) olmak üzere iki yenilikçi malzemenin kullanılmasını öneriyoruz. Bu önerilen malzemelerin dikkate değer bir avantajı, kaplama kolaylığıdır. Öngörülen malzeme, sonraki tavlama prosedürleri olmadan, oda sıcaklığında döndürerek kaplama tekniği kullanılarak silisyum yüzeyine uygulandı. Bu organik malzemelerin moleküler yapısı içinde baş grup (SO3H), kuyruk grubu (CF3) ve bağlayıcının (C-F) varlığı, temas açısı ölçümleriyle doğrulandığı gibi, kendiliğinden oluşan tek tabakalı bir özelliğin gözlemlenmesine yol açtı. Kendinden montajlı tek tabakanın yapısı, silisyum yüzeyindeki moleküllerin oryantasyonu ve düzenlenmesi hakkında değerli bilgiler sağlayarak, altta yatan pasivasyon mekanizmalarını aydınlatır. Bu organik süper asitleri (SA) 1,5 ila 2,5 Ω.cm aralığında baz özdirenci ile karakterize edilen Czochralski (Cz) kristal silisyum (c-Si) levhalar üzerine kaplayarak, yüksek ima edilen Voc değerleri (>740 mV) ve etkili bir kullanım ömrü elde ettik( 8,5 ms). Ayrıca, süper asitler için yüzey rekombinasyon hızının (SRV) üst sınırı yaklaşık 1 cm/s idi. Süper asitler ve diğer dielektrik pasifleştirici malzemeler arasındaki karşılaştırmalı bir analiz, organik süper asitlerin yüzey rekombinasyonunu azaltmadaki önemli potansiyelini göstermektedir. Özellikle, hem HD hem de Nona asitler, silisyum alttaş ve alüminyum elektrot arasına uygulandığında 20 mΩ.cm-2'nin altında temas direnci değerleri verdi. Bu süper asitleri elektron seçici katmanlar olarak hücre yapısına dahil etmek, SA ara katmanları olmayan referans hücrelerle karşılaştırıldığında üstün performansla sonuçlandı. Tam alanlı arka temas hücreleri için, HD ve Nona superacid katmanları kullanılarak elde edilen en yüksek verimlilik sırasıyla %17,08 ve %17,09 idi. Ayrıca, kısmi arka temas hücreleri durumunda, hücrelerin doldurma faktörü (FF) ve akım yoğunluğundaki gelişmelerle birlikte verimlilik %18'i aştı.
Özet (Çeviri)
One of the most pivotal factors in silicon photovoltaic (PV) for enhancing passivation quality of crystalline silicon is the reduction of surface recombination. Presently, dielectric materials with high passivation qualities are typically deposited under vacuum conditions and subjected to high-temperature annealing techniques. In the context of this investigation, we propose the utilization of two innovative materials, namely Heptadecafluorooctane sulfonic acid (HD) and Nonafluorobutane sulfonic acid (Nona). A notable advantage of these suggested materials lies in their ease of deposition and presence of hydrogen, oxygen and fluorine in their molecular structure. The prescribed materials were applied to the surface of silicon utilizing the room-temperature spin-coating technique, with and without subsequent annealing procedures. The presence of the head group (SO3H), tail group (CF3), and linker (C-F) within the molecular structure of these organic materials led to the observation of a self-assembled monolayer characteristic, as confirmed by contact angle measurements. The conformation of the self-assembled monolayer provides valuable insights into the orientation and arrangement of molecules on the silicon surface, elucidating the underlying passivation mechanisms. By coating these organic super acids (SA) onto Czochralski (Cz) crystalline silicon (c-Si) wafers characterized by base resistivity within the range of 1.5 to 2.5 Ω.cm, we achieved high implied Voc values (>740 mV) and an effective lifetime exceeding 8.5 ms. Moreover, the upper limit of surface recombination velocity (SRV) for the super acids was approximately 1 cm/s. A comparative analysis between the super acids and other dielectric passivating materials demonstrates the considerable potential of organic super acids in reducing surface recombination. Notably, both HD and Nona acids yielded contact resistivity values below 20 mΩ.cm-2 when applied between the silicon substrate and the aluminum electrode. Incorporating these super acids as electron-selective layers within the cell structure resulted in superior performance when compared to reference cells lacking SA interlayers. In the case of full-area rear contact cells, the utilization of HD and Nona superacid layers has yielded the highest achieved efficiencies of 17.08% and 17.09%, respectively. In contrast, the reference cell without the super acid layer demonstrated an efficiency of approximately 13%. This disparity in performance indicates a notable enhancement in cell efficiency resulting from the presence of HD and Nona super acids. Moreover, in the context of partial rear contact cells, the efficiencies exceeded 18% as a consequence of notable improvements in the fill factor (FF) and current density when compared to cells lacking the super acid layer. These improvements have led to an enhancement in cell efficiency of up to 1.5%, representing the most favorable outcome observed.
Benzer Tezler
- Surface preparation passivation and patterning techniques used in silicon based heterojunction solar cells
Silisyum tabanlı hetero-eklem güneş gözelerinde kullanılan yüzey hazırlama, pasivasyon ve patern oluşturma teknikleri
ERGİ DÖNERÇARK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- The Effect of heat treatment on lifetime in silicon cell materials
Başlık çevirisi yok
TUGAY ÇIKLA
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiYRD. DOÇ. DR. MÜZEYYEN SARITAŞ
- The effect of different surface treatment and ceramics primers on shear bond strenght of self adhesive resin cement to zirconia ceramic after thermocycling
Termisyasal sonrasında zirkon seramike yapılan self yapıştırıcı reçine çimentoğunda farklı yüzey işlemi ve seramik astarların çelik borç gücü üzerine etkisi
NADA SALEH ALHADI ABDASALAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Diş HekimliğiYeni Yüzyıl ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. MELAHAT ÇELİK GÜVEN
- The effect of different surface treatment on shear bond strength of veneering composite to implant based peek abutment
Farklı yüzey işlemlerinin polyeter-eter-keton alt yapı ile veneer kompozit arasındaki bağlanma dayanımına etkisi
NORA AEİAD İMRAGA ADEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Diş HekimliğiYeditepe ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURCU BAL KÜÇÜK
- Effect of different surface treatment methods on shear bond strength of different repair resins to a polyamide denture base
Farklı yüzey uygulama yöntemlerinin tamir rezinlerinin poliamid protez kaidesine makaslama bağlanma dayanımı üzerine etkisi
AHMAD ALRADI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Diş HekimliğiMarmara ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RİFAT GÖZNELİ