Enrejiye olan ihtiyaç tüm dünyada hızlı bir şekilde artmaktadır. Bu enerjinin büyük bülümü mevcut petrol kaynaklarından sağlanmaktadır. Petrol ürünlerinden çıkan gazlar çevreye ciddi zararlar vermektedir. Küresel ısınma ve sera etkisi buna örnek verilebilir. Öte yandan petrol kaynaklarının rezervleriyle ilgili yakın zamanda ciddi sıkıntılar ortaya çıkacağı tahmin edilmektedir. Buna bağlı olarak enerji ihtiyacının karşılanmasında porblemlerle karşı karşıya kalınacaktır. Bu yüzden alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmakadır. Çevreye zarar vermeyen ve sonsuz bir kaynağa sahip olan güneş enerjisi alternatif temiz enerji kaynaklarından biridir. Güneş enerjisinden yararlanmamının bir çok yolu vardır. Kurutma, ısıtma ve elektrik üretimi bunlar arasındadır. Güneş enerjisinden elektrik üretilmesi oldukça ilgi çekici bir konudur. Güneş enerjisini herhangi bir ek işlem olmadan doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklere fotovoltaikler denir.  Fotovoltaikler yapısında birden çok yarıiletken malzeme içermektedirler. Bunun yanısıra elektrot görevi gören ön ve arka kontakları vardır. Bir cihaz görevi görmektedirler. Bu cihazlarda gelen ışık yarıiletken malzemeler tarafından yüksek oranda soğrularak foton enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür. Fotovoltaiklerle ilgili çalışmalar 1950’ li yıllardan itibaren hız kazanmıştır. İlk zamanlarda elektriğin götürülemediği uydularda ve savunma sanayisinde uygulama bulmuştur. Enerjiye olan ihtiyacın artmasıyla fotovoltaikler günlük hayatımızın bir parçası olmuş durumdadırlar. Fakat hala evlerde kullanılması yaygınlaşmamıştır. Bunun en önemli nedeni güneş panellerinin maliyetidir. Güneş panellerinin % 90 silisyum tabanlıdır. Silisyum tabanlı güneş hücrelerinin üretilmesi, kullanılan yöntemlerden ve silisyumun dolaylı bant geçişli yapısından dolayı maliyeti artırmaktadır. Silisyuma alternatif malzemelerin araştırılması özellikle yakın zamanda önemli oranda artmıştır. Bu alternatif malzemeler arasında CuInSe2, CdTe, Cu2ZnSnS4, organik, hibrit, kuantum noktalar ve perovskayt malzemeler örnek verilebilir. Tüm araştırmalar, içinde rezerv problemi olmayan, çevreye zarar vermeyen, üretimi kolay ve yüksek verimli malzeme arayışı üzerinedir. Cu2ZnSnS4 yarıiletkeni bu alternatif malzemeler arasında ilgi çekmektdir. Elementlerinin çevre dostu olması ve indiyum gibi elementlerle kıyaslandğında bol miktarda bulunması araştırmacıların ilgi odağı olmuştur. Araştırma grubumuzun en önemli hedefi güneş hücreleri için alternatif malzemelerin araştırılması ve yeni yöntemlerin literatüre kazandırılmasıdır. İnce filmlerin üretilmesi, fiziksel ve kimyasal yöntemlerle sağlanmaktadır. Her iki yönteminde kendine göre avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Fiziksel yöntemlere, termal buharlaştırma ve magnetron saçtırma örnek verilebilir. Kimyasal yöntemler arasında püskürtme, kimyasal banyo ve sol-jel yöntemleri en popüler olanlarıdır. Laboratuvarımızda bu yöntemler mevcuttur.

İnce filmlerle ilgili ilk çalışmallarımız 2002 yılında Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümünde başlamıştır. Laborayuvarımızda yarıiletken malzemelerin yanısıra manyetik, yalıtkan, saydam iletken oksit ve süperiletken gibi malzemelerin araştırılması ile ilgili yüksek lisans ve doktora çalışmaları yapılmıştır. Grubumuz tarafından 2014- 2016 yılları arasında Bilim, Sanayi ve Teknoloji bakanlığının ve Şişe Cam A.Ş.’ nin desteklediği saydam iletken oksit malzemelere yönelik bir Santez projesi gerçekleştirilmiştir. Santez projemizle ilgili bir adet patent başvurumuz mevcuttur. Bu proje ile ilgili bir adet patent başvurumuz bulunmaktadır. Ayrıca laboratuvarımızda tez öğrencilerine yönelik ve münferit BAP projeleri yürütülmektedir. Elde edilen çıktılar uluslararası dergilerde yayınlanmaktadır.

  1. İnce Film Üretim Sistemlerimiz
  • PLC kontrollü daldırarak ince film kaplama sistemi

Bu sistemle oda sıcaklığından 800 dereceye kadar sıcaklık aralığında kimyasal yöntemle farklı altlıklar üzerine her türlü ince film üretilebilmektedir.

PLC kontrollü daldırarak ince film kaplama sistemi

  • PLC kontrollü döndürerek ince film kaplama sistemi

Bu yöntemle kapalanacak malzemeye yüksek hızlarda dönme işlemi uygulanarak oldukça homojen film üretimi gerçekleştirilmektedir. Dönme hızı kontrol edilerek kaplama kalınlığı ayarlanabilmektedir.

PLC kontrollü döndürerek ince film kaplama sistemi

 

  • Kimyasal Banyo Yöntemi

Kimyasal banyo yöntemi güneş hücrelerinde ara katmanların üretilmesinde oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu yöntemde başlangıç kimyasalları uygun sıcaklıkta karıştırılarak istenilen film elde edilebilmektedir.

 

  • Termal Buharlaştırıcı

Yüksek vakum altında kaplama yapılan fiziksel bir yöntemdir. Bu yöntemle istenilen malzeme yüksek vakum altında molibden boatların ısıtlmasıyla buharlaştırılmakta ve kaplama gerçekleştirilmeketdir.

 

  • Yüksek sıcaklıklı yatay fırın

Daha önceden üretilmiş filmlerin kristal yapıya dönüştürülebilmesi için ısıl işlem uygulanması gerekmektedir. Bu da yüksek sıcaklıklı fırınlarda hassas bir şekilde sağlanmaktadır.

Yüksek sıcaklıklı yatay fırın

 

  • Plazma temizleme cihazı

Kaplama kalitesinin artırılabilmesi için altlıkların plazma temizleme cihazı ile işlem görmesi gerekmektedir.Laboratuvarımızda bir adet plazma temizleme cihazı bulunmaktadır.

Plazma temizleme cihazı

 

  • Çeker ocak

Kimyasal yöntemle film hazırlamak için çözeltilerin hazırlanmasında kullanılmak üzere laboratuvarımızda bir adet çeker ocak bulunmaktadır.

Çeker ocak

  1. Ölçüm ve karakterizasyon sistemleriz
  • Yapısal özelliklerin incelenmesi

Üretilen ince filmlerin yapısal özelliklerini incelemek için Harran Üniversitesi Merkezi Laboratuvarında (HÜMEL) bulunan x-ışını kırınım cihazı (XRD) kullanılmaktadır.

x-ışını kırınım cihazı (XRD)

 

  • Morfolojik özelliklerin incelenmesi

Üretilen ince filmlerin yapısal özelliklerini incelemek için Harran Üniversitesi Merkezi Laboratuvarında (HÜMEL) bulunan taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmaktadır.

taramalı elektron mikroskobu (SEM)

  • Optiksel özelliklerin incelenmesi

Laboratuvarımızda bulunan Perkin Elmer UV-Vis 45 cihazı ile üretilen ince filmlerin optiksel özellikleri araştırılmaktadır. Ayrıca bir ader optik mikroskobu ile ön incelemeler yapılmaktadır.

Perkin Elmer UV-Vis 45 cihazı

  • İnce film kalınlık ölçüm sistemi

Üretilen ince filmlerin kalınlıklarının hassas bir şekilde belirlenmesi için bir adet elipsometre cihazı bulunmaktadır.

Elipsometre cihazı

  • Elektriksel Özelliklerin İncelenmesi

Üretilen ince filmlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi için laboratuvarımızda Keithley 2000 ve 2400 ölçüm sistemleri bulunmaktadır. Ayrıca Hall etkisi incelemeleri için bir adet Ecopia HMS 3000 cihazı bulunmaktadır.

Ecopia HMS 3000 cihazı

  • Güneş hücresi verim hesabı ölçüm sistemi

Laboratuvarımızda üretilen güneş hücrelerinin verim hesabı için bir adet solar similatör ve Keithley 2400 sourcemeter bulunmaktadır.

Güneş hücresi verimi ölçüm sistemi

  1. İleriye dönük çalışmalar

laboratuvar alt yapımızın geliştirilmesi için önemli fiziksel yöntemlerden biri olan magnetron sputter sistemi alınması ön görülmektedir. Bu sistemin laboratuvarımıza dahil edilmesiyle yüksek verimli güneş hücrelerin üretilmesi mümkün olacaktır.

Magnetron sputter cihazı

Laboratuvar Sorumlusu

Doç.Dr.Ferhat ASLAN

 ferhataslan [@] harran.edu.tr

+90 414 318 3579