Contact resistivity analysis of different passivation layers via transmission line method measurements
Farklı pasivasyon katmanlarının iletim hattı modeli yoluyla kontak direnci analizi
- Tez No: 474942
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, YRD. DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Kristal silisyum (c-Si) homo-eklem güneş hücreleri mevcut fotovoltaik pazarın % 90'ından fazlasını oluşturmaktadır. Standart güneş hücreleri maliyet açısından etkili ve kolay işlenmekle birlikte, malesef verimlilik potansiyelleri sınırlıdır. Son zamanlarda, düşük maliyetlerle üretilen yüksek verimlilik potansiyeline sahip daha yenilikçi kavramlar ortaya çıkmıştır. Yüzeylerdeki ve metallerin altındaki rekombinasyon, yüksek verimliliğin önündeki büyük engellerden olduğu için, yüzey pasivasyonu, güneş hücrelerinin tasarımında büyük öneme sahiptir. Bununla birlikte, hücre yapılarında, aynı anda yüzey rekombinasyonunu azaltmak ve elektrik akımını iletmek güçtür. Bu gerekleri yerine getirmek için, metal bölgeleri altındaki silisyum alttaş üzerinde çok ince bir oksit tabakası ve iletken ince bir filmin, yani pasivasyon tabakasının kaplanması uygun bir çözümdür. Bu tür yapılar için düşük kontak direnci ve düşük rekombinasyon hızının eş zamanlı sağlanması gereklidir. Bu tezin amacı, bu yüksek verim potansiyelli hücrelerde kullanılan farklı pasivasyon yapılarını analiz etmektir. Yerinde (n) katkılı elektron demeti buharlaştırma sistemi (EBPVD) ile hazırlanmış silisyum ince filmler, yerinde (n) katkılı plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) ile hazırlanmış silisyum ince filmler ve düşük basınçta kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) ile hazırlanmış ve sonradan (n) katkılanmış pasivasyon katmanları incelenmiştir. Bu çalışmanın odağı, bu tabakaların kontak direnç analizi üzerinedir. 1 boyutlu iletim hattı modeli (1D-TLM) ve son zamanlarda yayınlanmış 2 boyutlu iletim hattı modeli (2D-TLM) uygulanmıştır. Bu çalışmada, 3 boyutlu sayısal simülasyonları kullanarak yeni bir kontak direnç değerlendirme yöntemi geliştirilerek, kontak direnci hesaplama yöntemlerine bir yenisi eklenmiştir. Bu yöntem, bu tez kapsamında sadece birkaç seçilmiş örneğe uygulanmıştır. Kontak direnci ve pasivasyon arasındaki ödünleşime sıkça rastlanmıştır. Kontak direnci hesaplama yöntemleri de, bu çalışma kapsamında karşılaştırılmıştır. 900 °C sıcaklıkta tavlanmış nitrik asit oksitli numune, 1D-TLM değerlendirmesinden sonra yaklaşık 0.9 mΩ•cm2, 2D-TLM değerlendirmeden sonra 0.56 mΩ•cm2 civarında kontak direnci gösterir. Metal/pasivasyon katmanı arayüzü (ρc1) ile pasivasyon katmanı/alt taş arayüzü (ρc2), bu yeni sayısal simülasyon yöntemi ile birlikte plazma aşındırmanın da yardımıyla ayrı ayrı hesaplanabilmiştir. ρc1 ve ρc2 bu spesifik örnek için sırasıyla, 0.1 ve 0.25 mΩ•cm2 olarak bulunmuştur. Kontak direnci analizi için geliştirilen bu sayısal simülasyon tekniği, mümkün olan en az sayıda varsayım içerirken, çok çeşitli yapılara da uygulanabilir. Bu çalışma, pasive edilmiş kontakların özelliklerine yeni bakış açıları sağlayarak yüksek verimli silikon tabanlı güneş hücrelerinin araştırılmasına ve geliştirilmesine katkıda bulunmaktadır. Kontak direnci hesaplama yöntemleri de karşılaştırılarak en gerçekçi değerlendirme metodu olan 3 boyutlu sayısal simülasyonlar yoluyla hesaplama yöntemi de bazı örneklerde sunulmuş ve uygulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Crystalline silicon (c-Si) homojunction solar cells constitute over 90% of the current photovoltaic market. Although the standard solar cells are cost effective and easy to process, their efficiency potential is unfortunately limited. Currently, more innovative cell concepts appeared with their high efficiency potential coupled with low costs. Since the recombination at surfaces and under metal contacts is one of the major obstacles against high conversion efficiencies, surface passivation has primary importance in solar cell design. However, the challenging part is reducing surface recombination and properly conducting electrical current simultaneously. To perform these requirements, depositing a thin interface oxide layer and a conductive thin film on top of it, under metal regions, namely passivation layer is a suitable solution. Simultaneously having low contact resistivity and recombination velocity is necessary for such structures. For this, different passivating contact structure have been applied by different research groups. The goal of this thesis is to analyze 3 different passivating contact structures in terms of contact resistivity. Electron beam (e-beam) evaporated in-situ doped (n) passivating contact, PECVD deposited in-situ doped (n) TOPCon passivating contact and LPCVD deposited and ex-situ doped (n) Poly-silicon passivating contact structures are the major type of investigated cell designs. The focus of this analysis is on the contact resistivity extraction of these layers. Oldest 1D-TLM contact resistivity extraction method coupled with the recently published 2D-TLM method is applied for all samples. Additional novel idea also presented in this work is applying a new contact resistivity evaluation method using 3D numerical simulations. This method could only be applied to a few samples within the scope of this thesis. The trade-off between the contact properties (ρcontact) and the passivation quality (iVOC) is investigated for various oxide layers obtained via different methods and post annealing temperature following passivation layer deposition. The methods of extracting contact resistivity are also compared. 900 °C annealed HNO3 sample shows as good contact resistivity as non-oxided sample with a contact resistivity of 0.9 mΩ•cm2 using 1D-TLM evaluation and 0.56 mΩ•cm2 using 2D-TLM evaluation. Differentiation of resistivity values between metal/TOPCon interface (ρc1) and TOPCon/bulk interface (ρc2) could be done via the 3D numerical simulation method with the help of plasma etching coupled with numerical simulations. ρc1 and ρc2 were found to be 0.1 and 0.25 mΩ•cm2 respectively for this specific sample. The 3D numerical simulation technique developed for contact resistivity analysis can be applied to a wide variety of structures with as few as possible assumptions. This work contributes to the research and development of high-efficiency silicon solar cells by providing new insights on the properties of passivating contacts. The methods of extracting contact resistivity are additionally compared and the most realistic evaluation method was also presented and performed on some of the samples.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and characterization of interdigitated back contact silicon solar cells
Arka kontak arka eklemli silisyum güneş gözelerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu
EMİNE HANDE ÇİFTPINAR
Doktora
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
- Electron-selective contacts for N-type crystalline silicon solar cells: A study on an ultrathin zirconium oxide layer
Elektron-taşıyıcı kontaktlar N-tipi kristal silikon güneş hücreleri için: Ultra ince zirkonyum oksit katmanı üzerine bir çalışma
LOAY AKMAL MOSTAFA KAMAL MADBOULY
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- 3um N-kuyu CMOS teknolojisi ile test kırmığı tasarımı ve tranzistor eşik gerilimi ayarı
Test chip design for 3 um N-well CMOS fabrication technology and threshold voltage adjustment
ZEYNEP D. TOROS
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ
- Some physical and magnetic properties of dc sputtered Bi(Pb)SrCaCuO thin film
Doğru akım püskürtme yöntemi ile üretilmiş Bi(Pb)SrCaCuO ince filmlerin bazı fiziksel ve manyetik özellikleri
SEVGİ BAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. AHMET VARİLCİ
- Uygulamalı jeofizik verileri için sunum ve değerlendirme programı
Consideration and presentation software for applied geophysics datum
MUSTAFA BERKAY DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLÇİN ÖZÜRLAN AĞAÇGÖZGÜ