Akademik Veri Yönetim Sistemi
PAVLOV I. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2019 - 2021
Mevcut projede, c-Si tabanlı güneş pili (SC) yüzeyinin
nano yapılandırılması için yeni bir teknik olan Nonlinear Laser Lithography
(NLL) kullanılacaktır. Bu nano yapılandırma, c-Si tarafından ışığın soğurumunu
artıracak ve böylece SC'nin verimliliğini artıracaktır. Günümüzde geleneksel
olarak SC mikro-nano yapılandırması için kullanılan birkaç iyi bilinen yöntem
vardır. Islak kimyasal aşındırmanın aksine; mevcut SC endüstrisinde geleneksel
olarak kullanılan SC yüzey nano-mikro-yapılandırma metodu olan NLL metodu,
herhangi bir tehlikeli kimyasal madde ve karmaşık proses sonrası aşamalarını
gerektirmez. Birkaç lazer yüzey yapılandırma tekniği ile karşılaştırıldığında,
NLL yöntemi, SC yüzeyinin elektriksel özelliklerini bozmaması beklenen en
düzenli ve düzgün geniş alanlı nano yapıyı verirken aynı zamanda yüzeyine daha
az zarar verir. Geleneksel litografi tekniklerine kıyasla, NLL yöntemi,
endüstriyel hızla kabul edilebilir standartlara ölçeklenebilir işleme hızıyla
tek bir adımdır.
NLL yöntemi, Lazer Kaynaklı Periyodik Yüzey
Yapılandırmanın (LIPSS) bilinen bir fenomene dayanır. Yüksek yoğunluklu kısa
darbe lazer ışınımı altında yüzeye, periyodik hasar olarak (periyodik ablasyon)
lazerin dalga boyundan daha kısa bir periyotla görünür. Yapı periyodu, ortaya
çıkan lazer ışığının yüzey boyunca dağınık olan ışığın etkileşiminin bir sonucu
olarak ortaya çıkar. NLL yönteminde, yüzeye on (μm) mikron boyutunda odaklanan lazer ışını,
belirlenen polarizasyon, tarama hızı ve yönü ile yüzey üzerinde taranır. İşleme
parametreleri doğru seçilirse, mikrometre altı periyodu ile çok düzenli
periyodik çizgiler şeklinde geniş alan üzerinde kendi kendini düzenleyen bir
desen ortaya çıkar. Bu sürenin, lazer spot çapının kırınım sınırına, yani lazer
yüzeyi üzerinde oluşturulan kraterin çapına bağlı olarak başka doğrudan lazer
işleme teknikleriyle elde edilmesi mümkün değildir. Literatür araştırması,
LIPSS ile ilgili yayın miktarlarının son on yılda katlanarak arttığını
göstermektedir. Triboloji, plazmonik, sıvı kristal yönlendirme ve biyo-tıbbi
uygulamalar için yüzey nano-yapılandırması gibi birçok uygulama bulmuştur. Yine de, en iyi
bilgimize göre, bugüne kadar SC uygulamaları için gösterilmedi. Küçük alanlı
(1x1 cm2) SC yüzey üzerinde NLL ile oluşturduğumuz nano yapılara ait
ön sonuçlarımız, SC verimliliğinin %6'dan %9'a yükseldiğini göstermektedir ve
bu da bu tekniğin SC endüstrisi için potansiyelini gösterir. Bununla birlikte,
NLL tekniğini büyük ölçekli SC yapılandırması için kabul edilebilir kılmak için
mevcut önerinin kapsamı dahilinde birkaç araştırma ve teknolojik problem çözülmesi
gerekmektedir.
Toplamda proje dört iş paketinden oluşmaktadır.
I. Tekrarlama oranı 4 MHz, darbe enerjisi 2 μJ,
ortalama 8 W güç ve 300 fs'den daha kısa darbe süresi ile 1030 nm'de çalışan
yüksek güçte yüksek tekrarlama oranı fiber pico-femtosecond lazerin
geliştirilmesi. Ayrıca, lazerin tekrarlama hızını, darbe enerjisini, ortalama
gücü ve darbe süresini geniş aralıkta değiştirme seçeneği vardır. Aynı iş
paketinde, lazer sistemini 3D çeviri aşaması ve hızlı galvo tarayıcı ile hızlı
tarama kurulumuna entegre edilmesi.
II. İşlenmiş c-Si yüzeyinin fotonik
özelliklerinin optimizasyonu. Bu çalışma paketi sırasında farklı c-Si levhaları
işleyip farklı lazer ve tarama sistemi parametrelerinin bir fonksiyonu olarak
yüzeyin optik özelliklerini inceleyeceğiz. Yüzeyden en küçük dağınık ve toplam
yansıma ve böylece c-Si'nin en yüksek soğurumuna karşılık gelen işleme parametrelerini
bulacağız. Deneysel çalışmalara ek olarak, bu çalışma paketi içerisinde
tasarlanan optik özelliklere en uygun yüzeyin yapısını tanımlamak için sayısal
benzetim yapacağız.
III. Cihaz imalatı, karakterizasyonu ve
optimizasyonu. Bu çalışma paketi sırasında yapılandırılmış pullarda SC'yi
geliştireceğiz ve performansını ve elektriksel özelliklerini belirleyeceğiz.
Elde edilen sonuçlara bağlı olarak, nano yapılandırma düzeneğinde gerekli
parametreleri optimize edeceğiz.
IV. Geniş alan endüstriyel olarak kabul
edilebilir işleme hızı için lazer yapılandırma sisteminin optimizasyonu. Bu
çalışma paketi boyunca, lazerin en yüksek tekrarlama oranı için tarama hızını
maksimum darbe enerjisiyle optimize edeceğiz.
Projenin temel amacı SC yüzeyinin optik ve
elektriksel özellikleri ile geleneksel ıslak kimyasal aşındırma ile elde
edilenlerle karşılaştırılabilir endüstriyel olarak kabul edilebilir işlem
hızına ulaşmaktır.