Fabrication and investigation of extremely thin CdTe absorber layer solar cells
Çok ince CdTe soğurucu tabakalı güneş hücrelerinin üretimi ve incelenmesi
- Tez No: 441966
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE ÇİĞDEM ERÇELEBİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 154
Özet
Çok ince emici tabakaya sahip güneş hücrelerinin amacı katı hal güneş hücrelerinde sağlanan kararlılık ile çok ince ve düşük maliyete sahip emici tabakanın nanoyapılandırılmış alttaş üzerinde kullanım avantajının bir araya getirilmesidir. Bu tip fotovoltaik aygıtlarda çok ince emici tabaka, n-tipi ve p-tipi iki yarı iletken arasında kullanılır. Bu yapıda, n-tipi nano-yapılandırılmış TiO2 katmanı, TCO kaplanmış cam alttaş üzerinde elde edilir ve ardından, CdTe ince emici tabaka, nano-yapılandırılmış geniş bant yapısına sahip bu yarıiletken tabaka üzerine kaplanır. Son olarak, boşlukları doldurabilen ZnSnTe geçirgen yarıiletken ince film, soğurucu tabaka üzerine kaplanır. ETA güneş hücresi yapısının tamamlanması için iletken metal kontak son katman olarak kullanılır. Nano-yapılandırılmış n-tipi ince film ve çok ince CdTe emici tabakaya sahip bu tip güneş hücreleri, düz yapılılarla karşılaştırıldığında daha yüksek ışık soğurma oranına sahiptir. Emici tabakanın kalınlığı hem aygıtın verimli çalışması hem de nihai enerji üretim maliyeti açısından önemlidir. Tez çalışmasının amacı, çok ince CdTe emici tabakaya sahip güneş hücresi yapılarının üretimi ve performansının araştırılmasıdır. Bu tez çalışmasinda ikili ve üçlü ETA günes hücreleri için, farklı nanoyapılı TiO2 tabakalar n-tipi materyal olarak üretilip karakterize edilmiştir. Spin kaplama yöntemi ile nano yapılı-gözenekli, hidrotermik yontem ile nanotel, elektrokimyasal yöntem ile nanoçubuk yapılarında TCO kaplı cam tabanlar üzerine elde edilen TiO2 ince film tabakaları; saçtırma ve elektrokaplama yöntemleriyle üretilen CdTe ince film tabakaları için tutucu taban olarak kullanılmıştır. Spin kaplama öncesinde, saçtırma yöntemi ile kaplanan TiO2 tabakasının oluşturulmasının, FTO ve CdTe tabakaları arasında kısa devre yollarının oluşmasını engellediği gözlenmiştir. Ayrıca ZnTe tabakası ETA yapılarında p-tipi pencere tabakası olarak araştırılmış ancak direnç değerinin yüksek olmasından dolayı, aygıt üretiminde düşük direnç değerine sahip olan ZnSnTe ince film tabakası kullanılmıştır. Saçtırma ve elektrokaplama yöntemiyle büyütülmüş CdTe ince film tabakaları, farklı nano yapılı TiO2 ve ZnSnTe tabakaları kullanılarak, çeşitli ikili ve üçlü katmanlı ETA güneş hücreleri laboratuvar ölçeğinde üretilerek incelenmiştir. Cam/FTO/nanorod TiO2/elektrokaplama CdTe/Bakır-Altın yapısındaki aygıtlar en iyi verimlilik ve aygıt parametrelerine sahip olan ETA güneş pili yapıları olarak gözlenmiştir. Güneş pili yapılarının tamamlanması öncesinde, CdTe ince film yüzeyine CdCl2 ve değişik sıcaklıklarda ve sürelerde tavlama işlemleri uygulanmasının verimin artması için gerekli olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Nanoyapılı TiO2 tabakasının kullanılması soğurulan ışığın yapıda daha fazla hapsedilmesini sağlamasi açısından önemlidir. Bununla birlikte, elektrokaplama yöntemiyle kaplanan CdTe ince film emici tabakanın, saçtırma yöntemi ile kaplanan CdTe ince film tabakasına göre nanoyapılı TiO2 ince film tabakasındaki gözenekleri daha fazla doldurarak verimin artmasına katkıda bulunduğu gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Extremely thin absorber layer (ETA) solar cells aim to combine the advantages of using very thin and cheaply produced absorber layer on nano structured substrates with stability of all-solid-state solar cells. This type of photovoltaic devices use a nano structured interpenetrating heterojunction of thin light-absorbing layer at the interface between an n- and p-type semiconductors. N-type nano structured TiO2 layer is deposited on a Transparent Conducting Oxide coated glass (TCO) substrate, following with the CdTe thin absorber layer deposition to cover the structured wide band gap semiconductor. Finally a void-filling ZnSnTe, optically transparent semiconductor, is deposited onto the absorber layer. This structure is followed by a metallic layer deposition to fulfill the ETA solar cell structure. These types of solar cells with nano structured n-type material and thin CdTe absorber layer have a higher absorption rate of light as compared to flat ones. The thickness of the absorber layer is an important parameter for both device operation and the ultimate cost of energy production of these structures. The aim of this thesis study is to investigate the fabrication and performance of different solar cell structures with extremely thin CdTe absorber layer. In this study, a variety of nano structured TiO2 layers were produced by different techniques and characterized as the n-type material for both two- and threecomponent ETA solar cells. The spin coated nano-porous, hydrothermally grown nanowire and electrochemically anodized nanotube TiO2 layers were used as the substrate for sputtered and electrodeposited CdTe layer. It was observed that the sputtered TiO2 layer should be present prior to the nanoporous TiO2 layer formation in order to prevent the shorting between FTO and CdTe layers. Also, ZnTe layer was investigated as the p-type layer for three-component ETA solar cells but due to the high resistance value of this material, ZnTe was substituted with low resistance ZnSnTe layer. Various novel two- and three-component ETA solar cells based on different nano structured TiO2 with CdTe and ZnSnTe thin film layer deposited by sputtering and electrodeposition methods, were fabricated in the laboratory scale and characterized. The best efficiency and the device parameters were obtained for the two-component Glass/FTO/NWAs TiO2/Electrodeposited CdTe/ Cu-Au structure. Both CdCl2 surface treatment and post annealing of the CdTe surface, which were applied prior to the formation of the complete solar cell structure, are found to be essential for the efficiency improvement. The use of nano structured TiO2 is also an important factor, which improves the light trapping in this structure. Also the use of electrodeposited CdTe absorber layer, which fills the pores of nano structured TiO2 substrates, improves the efficiency when compared to the solar cell structure with the sputtered CdTe thin film layer.
Benzer Tezler
- Plazma spreylenmiş Cr3C2-NiCr ve Al203-TiO2 kaplamaların abraviz aşınma davranışlarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
UĞUR PAMUK
- İndolin ve benzotiyadiazol esaslı boyaların güneş hücrelerinde kullanımlarının incelenmesi
Investigation of the uses of indoline andbenzothiadiazole based dyes in sun cells
DİLZAR YILAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP ALİ KUMBASAR
- Ultra-low-level absorption measurement of ion assisted electron beam deposited optical thin films by photothermal common-path interferometry
İyon destekli elektron ışını biriktirme yöntemiyle oluşturulan ince filmlerin fototermal ortak-yol interferometrisi ile çok düşük seviyelerde ölçülmesi
YUSUF KASAP
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. TAHİR ÇOLAKOĞLU
- Al-butoksit'in sol-jel yöntemi ile modifikasyonu ve oluşan ürünün kaplamada kullanılması
Modification of Al-butoxide by the sol-gel process and using the product as coating material
GAMZE GÜL AVCI
- Ergimiş boraks banyosunda çeliklere vanadyum karbür kaplama
Vc coating of steels in molten borax bath
SEYED MOHAMMED MOUSAVİ KHOEE