Growth and morphological characterization of intrinsic hydrogenated amorphous silicon thin film for a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells
a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş pilleri için katkısız hidrojenlendirilmiş amorf silisyum ince filmlerin büyütülmesi ve morfolojik karakterizasyonu
- Tez No: 338387
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET TOMAK, DOÇ. DR. ALP OSMAN KODOLBAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Kristal silisyum (c-Si) alttaban yüzeyinin pasivasyonu ve ara yüzey kusurlarının azaltılması, yüksek verimli a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş pillerinin gelişiminde temel gereksinimlerdir. Yüzey pasivasyonu, genel olarak silisyum alttaban temizlik süreçlerinin detaylı bir şekilde geliştirilmesi ve katkısız hidrojenlendirilmiş amorf silisyum tabakanın büyütülmesi için gerekli olan PECVD parametrelerinin belirlenmesi ile sağlanır.a-Si:H filmler yüksek vakumlu plazma destekli kimyasal buhar kaplama (UHV-PECVD) sistemi ile kaplanmıştır. Güneş pilleri, p tipi Cz-silisyum alttabanlar üzerine Al ön kontak/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/Al arka kontak yapısında oluşturulmuştur. Güneş pili parametreleri 1000 W/m2 AM 1.5G güneş simülatörü altında standart test şartlarında, 25 oC sıcaklık değerinde belirlenmiştir.Katkısız, hidrojenlendirilmiş amorf silisyum filmlerin temizlenmiş wafer yüzeyine büyümesinin alt taban sıcaklığı, RF güç değeri, gaz akış hızı, hidrojen seyreltme oranı ve film büyütme süresine bağımlılığı SEM, HRTEM, AFM, SE, ATR-FTIR ve I/V ölçümleri ile incelenmiştir.Silisyum wafer üzerinde büyüyen filmin morfolojisi güneş pili verimliliğini doğrudan etkilemektedir. c-Si üzerinde büyüyen filmin morfolojisinin film büyütme parametrelerine bağlı olarak komplex olabileceği ve film büyütme sürecinde değişebileceği gözlenmiş ve incelenmiştir.225 oC alt taban sıcaklığında kaplanan katkısız hidrojenlendirilmiş filmlerin ilk etapta kristal yapıda büyüdüğü, daha sonra kristal ve amorf yapının bir arada büyüdüğü ve son olarak amorf yapıya dönüştüğü gözlenmiştir. Bu özelliklere sahip katkısız tabakaya karşın, tam alanı 72 cm2 olan güneş pillerinde 9.2% verim elde edilmiştir. Bu pil yapısında TCO ve arka yüzey pasivasyonu bulunmamaktadır.200oC ve daha düşük taban sıcaklıklarında, mevcut PECVD sistemi için belirtilen tabakaların her sıcaklık değerinde büyütülemeyeceği, yüksek verimli piller için bir sıcaklık penceresinin varlığı tespit edilmiştir.Büyütme sonrası tavlama çalışmaları ile pil parametrelerinde 1.2 eV bariyer enerji seviyelerinde iyileşme gözlenmiştir. Bu değer, güneş pilinin aydınlatılması sonucunda oluşan ışıl kusurların oluşması için gerekli olan en düşük foton enerji değeri ile uyum göstermektedir (SWE). Yapıdaki iyileşmenin zayıf Si-Si bağlarının kırılarak ara yüzeyde bulunan hidrojene bağlanmasından kaynaklandığı önerilmiştir.
Özet (Çeviri)
Passivation of the crystalline silicon (c-Si) wafer surface and decreasing the number of interface defects are basic requirements for development of high efficiency a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells. Surface passivation is generally achieved by development of detailed silicon wafer cleaning processes and the optimization of PECVD parameters for the deposition of intrinsic hydrogenated amorphous silicon layer.a-Si:H layers are grown in UHV-PECVD system. Solar cells were deposited on the p type Cz-silicon substrates in the structure of Al front contact/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/Al back contact. Solar cell parameters were determined under standard test conditions namely, using 1000 W/m2, AM 1.5G illumination at 25 oC.Growth of (i) a-Si:H, films on the clean wafer surface was investigated as a function of substrate temperature, RF power density, gas flow rate, hydrogen dilution ratio and deposition time and was characterized using SEM, HRTEM, AFM, SE, ATR-FTIR and I/V measurements.Structural properties of the films deposited on silicon wafer surface are directly effective on the solar cell efficiency. Morphological characterization of the grown films on the crystalline surface was found to be very complex depending on the deposition parameters and may even change during the deposition time.At 225 oC substrate temperature, at the beginning of the deposition, (i) a-Si:H films was found grown in epitaxial structure, followed by a simultaneous growth of crystalline and amorphous structure, and finally transforming to complete amorphous structure. Despite this complex structure, an efficiency of 9.2% for solar cells with total area of 72 cm2 was achieved. In this cell structure, TCO and back surface passivation do not exist.In the ? 200 oC temperature region, we realized an existence of process window for the deposition temperature of intrinsic and n-doped layers in our PECVD system.From the post annealing studies, we have observed that solar cell parameters improve when the barrier energy reaches 1.2eV, which is in close agreement with the minimum photon energy for the observation of light induced defects (SWE) in a-Si:H. A model based on breaking of weak Si-Si bonds, bond switching and hydrogen passivation from interface is suggested to explain our results.
Benzer Tezler
- Liquid phase epitaxial growth and characterization of Bi-2212 superconducting thick films
Bi-2212 süperiletken kalın filmlerin sıvı faz epitaksi yöntemiyle üretimleri ve karakterizasyonları
ARA RAHIMPOUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiDR. ÖĞR. ÜYESİ YILMAZ ŞİMŞEK
- Investigation of thermal and mechanical behavior of carbon nanotube reinforced ultra-high molecular weight polyethylene composites under cryogenic conditions
Karbon nanotüp takviyeli ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen kompozitlerin termal ve mekanik davranışlarının kriyojenik koşullar altında incelenmesi
GÜLŞAH BAHÇELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Düşük sıcaklıkta kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle epitaksiyel sige film büyütme ve film karakterizasyonu
Growth and characterization of epitaxial sige film by chemical vapor deposition (CVD) at low temperature
AYLİN KANGALLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA MUTLU
- Farklı su kabağı (Lagenaria siceraria) genotiplerinin azot etkinlik bakımından agronomik, fizyolojik ve morfolojik karakterizasyonu ve karpuza anaçlık potansiyellerinin belirlenmesi
Agronomical, physiological and morphological characterization of some selected bottle gourd (Lagenaria siceraria) genotypes for nitrogen efficiency and rootstock potential for watermelon
ESAT DOĞANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
ZiraatErciyes ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULLAH ULAŞ
PROF. DR. HALİT YETİŞİR
- Farklı patlıcan (Solanum melongena L.) genotiplerinin azot etkinlik bakımından agronomik, fizyolojik ve morfolojik karakterizasyonu ve anaçlık potansiyellerinin belirlenmesi
Agronomical, physiological and morphological characterization of some selected eggplant (Solanum melongena L.) genotypes for nitrogen efficiency and rootstock potential
YUSUF CEM YÜCEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
ZiraatErciyes ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH ULAŞ