Production of amorphous silicon /p-type crystalline silicon heterojunction solar cells by sputtering and PECVD methods
Amorf silisyum/p-tipi kristal silisyum heteroeklem güneş gözelerinin saçtırma ve PECVD tekniği ile üretilmesi
- Tez No: 304960
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. ÇİĞDEM ERÇELEBİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Amorf silisyum, Güneş pilleri, Heteroeklem, Amorphous silicon, Solar cells, Heterojunction
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Silisyum heteroeklem a-Si:H/c-Si güneş gözeleri gelecekteki fotovoltaik sistemler için umut vaat eden bir teknolojidir. a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş gözesi, yüksek verimli kristal silisyum ve ince film teknolojilerinin bir birleşimidir. Bu tez çalışmasında düşük sıcaklıkta magnetron saçtırma ve plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) teknikleri ile büyütülen p-tipi heteroeklem silisyum güneş gözeleri ayrıntılı bir sekilde anlatılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak ince amorf silisyum (a-Si:H) filmler ve a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş gözeleri üretilmiştir. a-Si:H filmleri elektriksel ve optiksel karakterizasyonlarının yapılabilmesi için cam alt taş üzerine üretilmiştir. Üretilen güneş gözelerinin değişen malzeme yapısı ve deney parametrelerine göre akım yoğunluğu-voltaj özellikleri incelenmiştir. Magnetron saçtırma yöntemiyle üstün kimyasal ve elektronik özellikli a-Si ince filmler üretilebildiği gösterilmiştir. Üretim sırasında büyütme kazanına hidrojen gazı eklenerek hidrojenlenmiş amorf silisyum filmler elde edilmiştir. Bu metodla yüksek kalitede filmler elde edilmesine karşın, üretilen güneş gözelerinde düşük doğrultma özelliği ve zayıf fotovoltaik performans gözlenmiştir. Güneş gözelerindeki düşük performans sebebinin yüksek direnç ve filmlerdeki katkılama oranının yetersizliği olduğu sonucuna varılmıştır.Tezin ikinci bölümü ise PECVD tekniği tarafından üretilmiş güneş gözeleri çalışmaları için ayrılmıştır. Bu kısımda, çeşitli PECVD üretim parametrelerine bağlı olarak elde edilen a-Si:H(n) filmler güneş gözeleri uygulamaları için optimize edilmiştir. Çalışmanın bir diğer aşamasında yüzey pasivasyonu artırmak amacıyla c-Si alt taşının ön ve arka yüzlerine a-Si tampon tabaka büyütülmüştür. Güneş gözesine eklenen bu tampon tabakaların açık devre voltajını (Voc) artırırken dolum çarpanının (FF) düşmesine neden olduğu gözlenmiştir. Artan açık devre voltajının iyileştirilmiş yüzey pasivasyonuna bağlı olduğu yük taşıyıcılarının yaşam ömürlerinin belirlenmesiyle tayin edilmiştir. Öte yandan düşük dolum çarpanının ise a-Si:H filmlerindeki düşük iletkenliğin güneş gözesinde neden olduğu yüksek dirençten kaynakladığı saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
Silicon heterojunction solar cells, a-Si:H/c-Si, are promising technology for future photovoltaic systems. An a-Si:H/c-Si heterojunction solar cell combines the advantages of single crystalline silicon photovoltaic with thin-film technologies. This thesis reports a detailed survey of heterojunction silicon solar cells with p-type wafer fabricated by magnetron sputtering and Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) techniques at low processing temperature. In the first part of this study, magnetron sputtering method was employed to fabricate a-Si:H thin films and then a-Si:H/c-Si solar cells. Amorphous silicon (a-Si:H) films were grown on glass in order to perform electrical and optical characterizations. The J-V characteristics of the silicon heterojunction solar cells were analyzed as a function of a-Si:H properties. It was shown that a-Si thin films with well-behaved chemical and electronic properties could be fabricated by the magnetron sputtering. Hydrogenation of the grown film could be achieved by H2 introduction into the chamber during the sputtering. In spite of the good film properties, fabricated solar cells had poor photovoltaic parameters with a low rectification characteristic. This low device performance was caused by high resistivity and low doping concentration in the sputtered film. The second part of the thesis is dedicated to heterojunction solar cells fabricated by PECVD. In this part a systematic study of various PECVD processing parameters were carried out to optimize the a-Si:H(n) emitter properties for the a-Si:H(n)/c-Si(p) solar cell applications. In the next stage, a thin optimized a-Si:H(i) buffer layer was included on the emitter side and on the rear side of the c-Si(p) to improve the surface passivation. Insertion of an a-Si:H(i) buffer layer yielded higher high open circuit voltage (Voc) with lower fill factor. It was shown that high Voc is due to the efficient surface passivation by the front/rear intrinsic layer which was also confirmed by the measurement of high effective lifetime for photo-generated carriers. Low fill factor on the other hand is caused by increasing resistivity of the solar cells by inserting low conductivity a-Si:H(i) layers.
Benzer Tezler
- Organik yarıiletken tabanlı fotovoltaik aygıtlar için şekilli ince film altlıkların kullanımı ve etkilerinin incelenmesi
The effect of the usage of sculptured thin film substrates for organic semiconductor based photovoltaic devices
DİLEK DEMİROĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BEYHAN TATAR
- Nanocrystal silicon based visible light emitting pin diodes
Nanokristal silisyum tabanlı görünür ışık yayan pin diyotlar
MUSTAFA ANUTGAN
Doktora
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. BAYRAM KATIRCIOĞLU
- Amorf silisyum katkılı schottky diyotların optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation optical and electrical properties of amorphous silicon doped schottky diodes
GİZEM ÇELİKOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
- Amorphous çekirdekli transformatörün incelenmesi ve tasarımı
Amorphous alloy core distribution transformers
SİBEL AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDAN GÜZELBEYOĞLU
- Solar yolların Türkiye'de uygulanabilirliği
Applicability of solar roadways in Turkey
SERNAZ ENGİN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV