Geri Dön

Optical and electrical design guidelines of nanostructured CdTe solar cells

Nanoyapılı CdTe güneş hücreleri için optik ve elektriksel tasarım kılavuzu

  1. Tez No: 527307
  2. Yazar: CAN ÖZCAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 87

Özet

Kadmiyum Tellür (CdTe) ideal olan 1.5 eV bant aralığı ve bant kenarındaki yüksek soğurma katsayısı (>10^4 cm^-1) ile direkt bant yapılı bir malzemedir. Son on yılda geleneksel düzlemsel yapıdaki CdTe güneş hücrelerine alternatif olarak ZnO nanoçubukların (NR) etrafının yüksek soğurmaya sahip CdTe ile kaplanmasıyla CdTe güneş hücreleri üretilmiştir. Nanoçubuklar ön kontakt rolü üstlenmesinin yanısıra radyal yük toplaması ve gelişmiş ışık hapsetme özelliklerine sahiptir. CdTe kaplanmasından önce kademeli bant yapısı sağladığı ve CdTe yüzeyini pasive ettiği için genellikle ince bir CdS tabakası nanoçubukların etrafına kaplanır. Nanoçubuk tabanlı CdTe güneş hücrelerinde ZnO nanoçubuk boyutları, CdTe ve CdS kalınlıkları, malzeme ve arayüz kalitesi (katkılama yoğunluğu ve arayüz rekombinasyon hızları) optik soğurmayı ve yük toplamayı etkileyen faktörlerdir. Bu amaçla nanoçubukların uzunluk, yoğunluk ve açısal sapmaları optik ve elektriksel simülasyonlarla aşırı ince soğurucu (ETA) ve gömülü hücre yapısı olarak adlandırılan iki farklı CdTe güneş hücresi yapısı için analiz edilmiştir. Deneysel verilerle karşılaştırma yapılarak ZnO/CdS nanoçubukların ışık saçma miktarlarının optic benzetimlerle doğru bulunduğu gösterilmiştir. ETA CdTe güneş hücreleri, CdS kaplı nanoçubukların etrafına kaplanan ince bir CdTe tabakası (~40 nm) kullanırken, gömülü CdTe güneş hücrelerinde CdTe malzemesi CdS kaplı ZnO nanoçubukların arasındaki boşluklarıdoldurmaktadır. Kısa devre akım yoğunlukları elektriksel benzetimlerle farklı katkılama yoğunlukları ve CdS/CdTe yüzey rekombinasyon hızları için hesaplanmış ve geleneksel düzlemsel CdTe güneş hücreleriyle karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçlarından görülmüştür ki, 10^16 cm-3 seviyede katkılanan ve yüksek bir CdS/CdTe yüzey rekombinasyon hızı olan 10^4 cm/s ile 27mA/cm^2 Jsc değerine ulaşılarak düzlemsel güneş hücrelerinden daha yüksek Jsc elde edilmiştir. İkincil iyon kütle specktroskopisi, Raman spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskobuyla karakterize edilen CdTe düzlemsel örneklerin benzetimlerde gösterilen katkılama yoğunluklarına ulaşabildiğini deneysel olarak göstermiştir. Son olarak, gömülü CdTe güneş hücrelerinin verimlilik ölçümleri sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

admium Telluride (CdTe) is a direct band gap material with an almost optimum band gap of 1.5 eV and has a high absorption coefficient at its band edge (>10^4 cm^-1). In the last decade, an alternative to the conventional planar structure of CdTe solar cells has been realized by coating the CdTe absorber around ZnO nanorods (NRs). The NRs serve as the front contact of the solar cells with radial charge collection and vertical light absorption at the same time, allowing efficient charge collection and enhanced light trapping properties. Prior to CdTe coating, a thin conformal interfacial CdS layer is usually deposited around NRs which provides a graded band alignment between CdTe and ZnO and passivation of CdTe surfaces. In the NR-based solar cells, the ZnO NR dimension, CdTe and CdS thicknesses, material and interfacial qualities (i.e doping density and surface recombination velocities) are determining factors in the optical absorption and charge collection. In this context, the effects of length, density and angular deviation of the NRs are analyzed through optical and electrical simulations for two types of CdTe solar cell structures, namely the extremely thin absorber (ETA) and buried. Optical simulations are validated in comparison with the experimental haze measurements of CdS/ZnO NRs. While ETA CdTe solar cell uses a thin (~40 nm) absorbing layer around CdS-coated ZnO NRs, CdTe fills the space between CdS-coated ZnO NRs in the buried solar cells. The short circuit current densities are calculated at various CdTe doping densities and CdS/CdTe surface recombination velocities by electrical simulations, and are compared to the conventional planar CdTe solar cells. It was shown that with a moderate doping density of 10^16 cm-3 and relatively high CdS/CdTe surface recombination velocities of 10^4 cm/s, NR-based CdTe solar cells can outperform their planar counterpart by achieving Jsc values as high as 27 mA/cm^2. Characterization of CdTe thin films by secondary ion mass spectroscopy, Raman spectroscopies and scanning electron microscope demonstrates that doping densities required to boost the efficiency of NRbased CdTe solar cells can be achieved experimentally. Finally, measured solar cell efficiency of buried structures are also presented.

Benzer Tezler

  1. Design, fabrication and characterization of subwavelength-scale distance sensors based on optical directional coupling

    Optik yönlü bağlaşım temelli dalgaboyu-altı mesafe ölçüm sensörlerinin tasarımı, imalatı ve karakterizasyonu

    SHAHAB BAKHTIARI GORAJOOBI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN

  2. Waveguide-integrated germanium photodetector design and optimization for sensing and telecom applications

    Dalgakılavuzu ile tümleşik germanyum fotodedektörlerin sensör ve telekom uygulamaları için tasarım ve optimizasyonu

    HASAN FIRAT YILDIZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET CENGİZ ONBAŞLI

  3. Akustik fiberlerde dalga yayılımı

    Wave propagation in acoustic fibers

    MÜRVET ÜÇER (KIRCI)

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Devreler ve Sistemler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA

  4. Optimization of nanoparticle arrays to design efficient couplers for plasmonic nanowire networks

    Plazmonik nanotel iletim ağlarında kullanılabilecek etkin bağlaştırıcı tasarımları için nanoparçacık dizisi optimizasyonları

    AŞKIN ALTINOKLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL

  5. Optik yöntem kullanarak insan kan gruplarının tespitini yapan taşınabilir medikal bir cihazın tasarımı, testleri ve prototip üretimi

    The design, test and construction of a portable medical instrument based on optical methods for the analysis of human blood types

    OKAY SABANCA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    BiyomühendislikKırıkkale Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FİKRET YALÇINKAYA