Bir termofotovoltaik (TPV) hücre olarak Al – Alümina – Cu diyotunun tasarlanması ve karakteristiklerinin ortaya konulması

Abstract

Enerjiye duyulan ihtiyaç her gün biraz daha artmaktadır. Artan insan nüfusunun bu ihtiyacını karşılamak için çevreci yöntemler araştırılmaktadır. Bu yöntemlerden birisi de ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren termofotovoltaik hücrelerdir. Bu hücrelerin genel olarak enerji bant boşlukları kızılötesi bölgededir. Çoğunlukla Silikon, InAs, InGaAs, GaSb ve GaInAsSb kullanılarak üretilirler. Bu yapılardan farklı olarak Metal – Metal Oksit – Metal katmanlarından oluşan Al – Alümina – Cu diyotun TPV olarak kullanılabilirliği gösterildi. Kızılötesi bölgede yayılan radyasyonun Al – Alümina – Cu diyotu tarafından soğurulması ile tünelleme ve Seebeck mekanizmaları sayesinde Al – Cu kontakları arasında bir gerilim oluştuğu gözlemlendi. 296,8 – 415 K arasında sıcaklık arttıkça daha da enerjisi yüksek olan fotonların bu diyot tarafından soğurulduğu ve bu diyotun gücünün de buna bağlı olarak arttığı ortaya konuldu. Yapılan ölçümler sonucunda 18.75 cm2 yüzey alanı bulunan bu diyot çipinin gücü oda sıcaklığında 7.831 mW ve 415 K sıcaklıkta 11.56 mW olarak belirlendi. Geleneksel termofotovoltaiklerden çok daha ucuz ve üretimi çok daha kolay olan bu tip diyotlar sayesinde ortama yayılan kızılötesi bölgedeki radyasyonun yakalanıp elektrik enerjisine çevrilmesi ile enerjinin daha verimli halde kullanılması sağlanacaktır.

The need for energy is increasing every day. Environmental methods are being researched to meet this need of the increasing human population. One of these methods is thermophotovoltaic cells that convert heat energy into electrical energy. Generally, the energy band gaps of these cells are in the infrared region. They are mostly manufactured using Silicon, InAs, InGaAs, GaSb and GaInAsSb. Unlike these structures, the usability of Al - Alumina - Cu diode, which consists of Metal - Metal Oxide - Metal layers, as TPV has been demonstrated. It was observed that the radiation in the infrared region absorbed by the Al – Alumina – Cu diode provides potential difference formation between the Al – Cu contacts thanks to tunneling and Seebeck mechanisms. It was found that the photons, which are more energy as the temperature increased, were absorbed by this diode and the power of this diode increased accordingly in range of 296,8 to 415 K. As a result of measurements, the power of this diode chip with a surface area of 18.75 cm2 was determined as 7.831 mW at room temperature and 11.56 mW at 415 K temperature. With these types of diodes which are much cheaper and much easier to produce than conventional thermophotovoltaics, the energy will be used more efficiently by capturing the radiation and converting it into electrical energy in the infrared region emitted from the environment.