Three dimensional crystalline silicon solar cells
Üç boyutlu kristal silisyum güneş hücreleri
- Tez No: 538228
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 170
Özet
Üç boyutlu kristal silisyum güneş hücreleri, dikkate değer elektriksel ve optik performansıyla ilgi görmektedir. Bu geometride, nano/mikro sütunlar, fotojenlenmiş taşıyıcıların radyal doğrultuda, daha az mesafe katederek toplanabilme olasılığı artırılır. Ayrıca, uygun geometride sütunların tasarımıyla, yüzey yansımasının azalması ve ışık emilimi artırılması sağlanarak hücredeki verimlilik yükseltilir. Bu çalışmada boyunca, Si mikro sütunların üretimi için yukarıdan aşağıya bir yöntem olan metal destekli aşındırma (MAE), fotolitografi yardımı ile uygulanmıştır. İlk olarak, farklı aşındırma zamanları uygulanarak, en uzun ~6 µm sütunlar içeren, farklı sütun uzunluklarında radyal eklem güneş hücreleri üretilmiştir. Sütun uzunluğundaki artmayla birlikte, azalmış yüzey yansıması ve daha uzun eklem alanı nedenleriyle daha yüksek Jsc değerleri elde edildiğinden en yüksek verimlilik değeri olan % 15.90, en uzun sütunlar içeren hücreden elde edilmiştir. Sonrasında, Si içerisinde U şeklinde difüzyon profiline sahip Au ile kontamine edilen Si pullar kullanılarak hücreler üretilmiştir. Fotojenlenmiş taşıyıcıların daha kısa mesafe katederek toplanabilmesini sağlayan radyal geometrili hücrelerin verimlilikleri, düzlemsel hücrelere göre kontaminasyondan çok daha az etkilenmişlerdir. Bu, radyal bir geometriye sahip hücrelerin malzemenin kalitesine daha az duyarlı olması beklentisiyle uyumludur. Ayrıca, mikro sütünların oluşturduğu bölgenin oranını artırmak ve ince silisyum kullanımına olanak sağlanmasıyla maliyeti azaltmak amacıyla farklı kalınlıklarda hücreler üretilmiştir. MAE çözeltisi içerisindeki HF konsantrasyonu artırılarak yanal aşındırma, H2O çözücüsü yerine yüzey gerilimi daha düşük olan ethanol kullanılarak daha pürüzsüz bir aşındırma sağlanmıştır. ~11.5 µm sütunlar içeren hücrelerden, bilinen en yüksek değerlerinden olan % 17.27 değerinde hücre verimi elde edilmiştir. Hücrelerin kalınlığının azaltılmasıyla, üç boyutlu hücrelerde, düzlemsel hücrelere kıyasla, Voc ve Jsc değerlerindeki azalışın çok daha az olmasından dolayı verimlilik değerlerinin daha az etkilendiği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Three-dimensional crystalline silicon solar cells have been attracting attention with its remarkable electrical and optical performance. In this geometry, nano/micropillars allow minority carrier collection in the radial direction and shorten the path length of the photogenerated carriers. Furthermore, with appropriate geometry of the pillars the solar cell efficiency is enhanced due to the reduced surface reflectance and increased light harvesting. Throughout this study, metal assisted etching (MAE), a top-down method was applied through photolithography to fabricate micropillars. Firstly, radial junction cells with different micropillar lengths, including the longest ~6 µm, were fabricated by applying different etching durations. The maximum efficiency value, 15.90 %, was obtained from the cell with longest micropillars since with the increase in pillar length, higher Jsc values were obtained due to the reduced surface reflection and higher junction area. Radial and planar junction solar cells were then fabricated using Si wafers contaminated with Au impurities having U-shape diffusion profile in Si. The efficiencies of the radial junction solar cells, which allow photogenerated carriers to be collected over shorter distances, were less affected by contamination than planar junction solar cells. This is consistent with the expectation that the cells with radial geometry are less sensitive to the quality of the material used. Moreover, the solar cells with different thicknesses were fabricated to increase the proportion of the region containing micropillars in the cell and to reduce the fabrication cost by allowing the use of thin Si substrates. Firstly, longer micropillars were obtained by increasing HF concentration in the MAE solution to suppress the lateral etching and instead of H2O, using ethanol which has a lower surface tension to obtain smooter etching. The efficiency value of 17.27 %, one of the highest efficiency values in radial junction cells, was obtained from the cell containing 11.5 µm micropillars. By decreasing the thickness of the cells, it was observed that the efficiency values were less affected in three dimensional solar cells than in planar junction cells due to less decrease in Voc and Jsc values.
Benzer Tezler
- Implementation of strong light-matter interaction for fabrication and light management of thin crystal silicon solar cells
İnce kristal silisyum güneş hücrelerinde üretim ve ışık yönetimi için yoğun ışık-madde etkileşimi uygulaması
MONA ZOLFAGHARI BORRA
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- 3D-microstructuring of silicon induced by nanosecond pulsed infrared fiber laser for potential solar cell applications
Potansiyel güneş hücresi uygulamaları için nanosaniye atımlı kızılötesi fiber lazer yardımıyla silikonun üç boyutlu mikroyapılandırılması
BESNA BÜLBÜL TATBUL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV
- Production of dye sensitized solar cell and optimization of production parameters
Boya uyarımlı güneş pillerinin üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonu
RAMAZAN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Boya duyarlı güneş pilleri için ftalosiyanin boyaların geliştirilmesi
Development of phthalocyanine dyes for dye sensitive solar cells
YİĞİT CAN DEMİRCİ
- On the performance limits for crystalline silicon solar cells: A theoretical study
Kristal silisyum güneş pillerinin performans limitleri üzerine: Teorik bir çalışma
MOATASEM ABDO MABKHOT AL-SULTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİYE SERRA ALTINOLUK
DOÇ. DR. PINAR DOĞAN
