Silicon surface treatment with sulfonic acid-based materials enable surface passivation and selective charge transport

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: MILAD GHASEMIKASHTIBAN

Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Selçuk Yerci

Eş Danışman: Raşit Turan

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

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.