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: Belirtilmemiş.
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
- Characterization of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) thin films with Cu- and Zn-poor composition deposited by one-step thermal evaporation
Tek adımlı termal buharlaştırma yöntemiyle biriktirilen Cu- ve Zn-fakir bileşimli Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) ince filmlerin karakterizasyonu
ZEKİ ALİHAN BAYRI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN KARAAĞAÇ
- Karmosin gıda boyasının bozunması için Ag/AgVO3@g-C3N4 nanokompozit fotokatalizörlerin geliştirilmesi
Investıgatıon of Ag/AgVO3@rGO@g-C3N4 nanocomposıtephotocatalysts for the degradatıon of carmoısıne fooddye
ESRA ÇAKAR
- Biyokütleden elde edilen karbon malzemelerin perovskit güneş pili uygulamaları ve yaşam döngüsü değerlendirmesi
Biomass‑derived carbon materials for perovskite solar cells: synthesis, application, and life cycle assessment
GÖKÇEN GÖKÇELİ KAHVECİ
Doktora
Türkçe
2026
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Lityum iyon piller için üç boyutlu grafen/karbon nanotüp/silisyum nanokompozit anotların geliştirilmesi
Development of three-dimensional graphene/carbon nanotube/silicon nanocomposite anodes for lithium-ion batteries
SELİN DEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- 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