Kristal silisyum güneş hücreleri uygulamaları için HfOx tabanlı yansıma önleyici ve pasivasyon etkili katmanların geliştirilmesi
Development of HfOx-based anti-reflection and passivation layers for crystalline silicon solar cells applications
- Tez No: 689937
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULLAH ÜZÜM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karadeniz Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yenilenebilir Enerji Kaynakları
- Bilim Dalı: Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Bu çalışmada dönel kaplama yöntemi kullanılarak hafniyum oksit (HfO2) temelli ince filmler oluşturularak yansıma önleyici ve pasivasyon etkileri araştırıldı. İlk olarak HfO2 ince filmi c-Si yüzeyine kaplandıktan sonra tavlama sıcaklığının etkisini görmek için numuneler 500ºC ile 1000ºC aralığında tavlandı. XRD sonuçlarına göre 500ºC'nin üzerindeki tavlama sıcaklıklarında filmlerin monoklinik fazda kristalleştiği görüldü. Yansıma ölçümlerinden, 700°C'de tavlamadan sonra 71.36 nm kalınlığındaki HfO2 film ile ortalama %10.87 yansıtma elde edildi. Ayrıca elipsometre ölçümleri sonucunda, filmlerin 600 nm'de 1.934'lik kırılma indisine sahip olduğu ve tavlama sıcaklığının 800°C'ye yükselmesi durumunda kırılma indisinin 2.05 yükseldiği görüldü. Daha sonra çift katmanlı ve HfO2-SiO2 karışımı ince filmler elde etmek için SiO2 ince film optimizasyonu gerçekleştirildi. HfO2-SiO2(1:1) filmleri büyütülerek yansıma önleyici ve pasivasyon etkileri araştırıldı. Hazırlanan HfO2-SiO2(1:1) ince filmlerine ait minimum ve ortalama yansıma değerleri sırasıyla %4.30 ve %14.68 olarak elde edildi. HfO2-SiO2(1:1) filmlerine ait efektif taşıyıcı yaşam süreleri, 600°C'de tavlandıktan sonra 2 μs'lik kaplanmamış silisyumun taşıyıcı yaşam süresine kıyasla 32 μs'ye yükseldiği görüldü. Daha yüksek tavlama sıcaklıklarda taşıyıcı yaşam süresinin önemli ölçüde bozulduğu (700°C ve 800°C için sırasıyla 8.9 ve 0.6 μs'ye kadar) görüldü. Son olarak deneysel ortalama yansıma değerlerinin Afors-Het yazılımıyla c-Si güneş hücrelerine yansıma önleyici (YÖ) katman olarak uygulanması sonucunda yansıma önleyici kaplamasız güneş hücresinin güç dönüşüm verimi (PCE) %11.68 olarak belirlenirken, yüksek molariteli (0.4M) HfO2 ile kaplanmış güneş hücresinin verimi %17.58 olarak elde edildi. Yüksek molariteli HfO2 ince filminin uygulandığı güneş hücresi için kısa devre akım yoğunluğunun (Jsc) 20.87'den 31.27 mA/cm2'ye ve açık devre voltajının (Voc) 685.10'dan 696.10 mV'ye yükseltilmesi sonucu yaklaşık olarak %6 verim artışı sağlandı.
Özet (Çeviri)
In this study, Hafnium oxide (HfO2) based thin films were produced by using spincoating method and then their antireflection behavior and passivation effects were investigated. First, samples were annealed at 500 ºC-1000 ºC temperature range in order to observe the effect of annealing temperature on coating of hafnium oxide on c-Si. According to XRD results, it was observed that the samples annealed at temperature above 500 ºC were crystallized as monoclinic phase. After annealing at 700 ºC, 10.87% reflection acquired for 71.3 nm thick HfO2 thin film as a result of reflection measurements. Furthermore, from ellipsometer measurements it was clearly observed that samples have 1.934 refractive index at 600 nm wavelength and refractive index increased to 2.05 by increasing annealing temperature to 800 ºC. After that, SiO2-thin film optimization was carried out to produce double layered and HfO2-SiO2 mixture thin films. HfO2-SiO2(1:1) thin films were produced and their antireflective and passivation effects were investigated. Minimum and average reflection values of HfO2-SiO2(1:1) thin films were obtained as 4.30% and 14.68%, respectively. Effective carrier lifetime of HfO2-SiO2(1:1) thin films after annealing at 600ºC increased to 32 μs compared to un-coated silicon effective carrier lifetime which is 2 μs. For higher annealing temperatures, it has been seen that the effective carrier lifetime decreases dramatically (for annealing temperatures of 700ºC and 800ºC, effective carrier lifetime decreases to 8.9 μs and 0.6 μs, respectively). Finally, after application of average experimental reflection values as anti-reflection coating (ARC) by using Afors-Het software to c-Si gelar cells, power conversion efficiencies (PCE) of solar cell without anti-reflection coating and high molarity (0.4M) HfO2 coated solar cell were determined as 11.68% and 17.58%, respectively. As a result of increments in the short circuit current density (Jsc) from 20.87 mA/cm2 to 31.27 mA/cm2 and in open circiut voltage (Voc) from 685.10 mV to 696.10 mV, 6% efficiency increase obtained for high molarity HfO2 thin film coated solar cell.
Benzer Tezler
- Alternative surface texturing, passivation and charge selective contacts for crystalline silicon solar cells
Kristal silisyum güneş hücreleri için alternatif yüzey dokulandırma, pasivasyon ve yük seçici kontaklar
ELİF SARIGÜL DUMAN
Doktora
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Fabrication and doping of thin crystalline Si films prepared by e-beam evaporation on glass substrate
E-beam buharlaştırıcıyla cam üzerine güneş gözeleri uygulamaları için silisyum ince filmlerin üretimi ve katkılaması
SALAR HABIBPUR SEDANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DOÇ. DR. H. EMRAH ÜNALAN
- Perovskite güneş hücreleri için tiyenotiyofen türevli materyallerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of thienothiophene based materials for perovskite solar cells applications
MELİS ÜNAL
- Nanosecond pulsed infrared laser inducedcrystallization of amorphous silicon films forpotential photovoltaic applications
Potansiyel fotovoltaik uygulamalar için amorf silisyumfilmlerin nanosaniye kızılötesi atımlı lazer yardımıylakristalizasyonu
KAMİL ÇINAR
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Investigation of screen-printed and evaporated metal contacts on boron implanted emitter
Bor yerleştirilmiş silisyum üzerindeki serigrafik ve buharlaşmış metal kontakların incelenmesi
EGE ÖZMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DOÇ. SERDAR KOCAMAN
