Geri Dön

Improvement of silicon heterojunction solar cell performance with new surface structure and wide band gap carrier selective layers

Yeni yüzey yapısı ve geniş bant aralıklı taşıyıcı seçici katmanlarıyla silikon heteroeklem güneş hücresi performansının iyileştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 698174
  2. Yazar: ERGİ DÖNERÇARK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 205

Özet

Fotovoltaik endüstrisi, hammade çokluğu ve tam gelişmiş teknolojisine dayanarak silisyum tabanlı güneş hücreleri tarafından domine edilmiş durumdadır. Fotovoltaik endüstrisinin esas yol haritası, güneş hücrelerinin verim değerini arttırırken üretim maliyetlerini de düşürmektir. Bu yol haritasında silisyum heteroeklem güneş hücreleri görece yüksek dönüşüm verimi, basit üretim akışı ve düşük sıcaklık üretim adımları nedenleriyle dikkat çekmeye başlamıştır. Cihaz performansını daha da arttırmak için ise hem elektriksel hem de optik özellikler eş zamanlı geliştirilmelidir. Bu doktora tez çalışmasında, SHJ güneş hücrelerinin yüzey yapısı, yüzey pasivasyonu ve malzeme seçimleri gibi çeşitli yönler ele alındı. İlk olarak, optik kayıpları azaltmak için yeni yaklaşımlarla yüzey yapılandırılması üzerinde çalışıldı. İyi bilinen yüzey yapılandırma metodu olan rastgele dağılımlı piramit oluşturma, spektral yansıma profilinde kayda değer bir iyileştirme sağlamasına rağmen, optik kayıpların azaltılması noktasında hala iyileştirme için yer bulunmaktadır. Yüzeyde daha iyi ışık yönetimi için bakır destekli kimyasal aşındırmaya dayalı yeni ve özgün bir silisyum yüzey yapılandırma yöntemi geliştirildi. Bu teknikle tetragonal yıldız taban şekilli ters piramitler oluşturularak son derece düşük yansıma değerleri elde edilmiştir. İkinci olarak, farklı proses koşulları ve malzeme sistemleri kullanılarak silisyum yüzey pasivasyonu incelenmiştir. Kimyasal pasivasyon kinetiğini anlayarak ve yüzey pasivasyon kalitesini geliştirerek SHJ güneş hücre performansı önemli ölçüde iyileştirildi. Üçüncü olarak, parazitik emilim kayıplarını azaltmak için SHJ güneş hücre yapısına geniş bant aralıklı malzemeler entegre edildi. Ayrıca, TCO'nun elektriksel ve optik özellikleri ayarlanarak serbest taşıyıcı emilim kayıpları önemli ölçüde azaltıldı. Teorik ve deneysel açıklamalara dayanarak, yeni geliştirilen ışık yakalama yöntemi ve geniş bant aralıklı malzemelerin SHJ güneş hücre yapısına entegrasyonu gelecekteki alternatif uygulamalar için umut verici sonuçlar sunmaktadır. Bu yeni malzeme sistemleri ve proses iyileştirmeleri ile ODTÜ-GÜNAM'da üretilen SHJ güneş hücrelerinde %21,2'ye varan yüksek verim değerleri elde ettik.

Özet (Çeviri)

The photovoltaic (PV) industry is dominated by silicon-based solar cells owing to the abundance of silicon and its full-fledged technology. The main road for the PV industry points out to enhance the conversion efficiency of solar cells while decreasing production costs, which is crucial for improving renewable energy market share. The silicon heterojunction solar cells (SHJ) are receiving attention on this road map due to their higher conversion efficiencies, simple process flow, and low-temperature fabrication sequence. In order to further enhance the SHJ device performance, both electrical and optical properties should be improved simultaneously. In this Ph.D. thesis work, various aspects of SHJ solar cells, such as surface texturing, surface passivation, and material choices, were addressed. Firstly, surface texturing was studied to search for new approaches to reduce optical losses. Even though the well-established surface texturing method generating random pyramids on the surface reduces the reflection successfully, there is still room for improvement. A new and novel silicon surface texturing method based on copper-assisted chemical etching was developed for efficient light management on the surface. With this technique, tetragonal-star shaped inverted pyramids were formed, resulting in extremely low reflectance values. Secondly, the surface passivation of silicon was studied using different process conditions and material systems. The SHJ solar cell performance was significantly improved by understanding the chemical passivation kinetics and improving the surface passivation quality. Thirdly, wide band gap materials were integrated into the SHJ solar cell structure to decrease parasitic absorption losses. Furthermore, the free-carrier absorption losses were reduced significantly by tuning TCO's electrical and optical properties. Based on the theoretical and experimental explanations, the novel method for light trapping and integration of wide band gap materials to SHJ solar cell structure were shown to offer promising alternatives to existing technologies for future applications. With these new material systems and process improvements, we have achieved high-efficiency values of up to 21.2% in the SHJ solar cells fabricated at ODTÜ-GÜNAM

Benzer Tezler

  1. Tez No

    605414

    Organik yarıiletken tabanlı fotovoltaik aygıtlar için şekilli ince film altlıkların kullanımı ve etkilerinin incelenmesi

    The effect of the usage of sculptured thin film substrates for organic semiconductor based photovoltaic devices

    DİLEK DEMİROĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BEYHAN TATAR

  2. Tez No

    901640

    c-Si heteroeklem güneş hücrelerinde geçirgen iletken oksit katman olarak kullanılan indiyum kalay oksit ince filmlerinin üretimi ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterization of indium tin oxide thin films used as a transparent conductive oxide layer in c-Si heterojection solar cells

    İLKER DURAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    EnerjiNiğde Ömer Halisdemir Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE SEYHAN

  3. Tez No

    305017

    Silicon nanostructures for electro-optical and photovoltaic applications

    Silisyum nanoyapıların opto-elektronik ve fotovoltaik uygulamaları

    MUSTAFA KULAKCI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Bölümü

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

  4. Tez No

    520861

    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

    İngilizce

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPAN BEK

  5. Tez No

    556408

    A high linearity s-band cryogenic low noise amplifier using 180 nm CMOS technology for space applications

    Uzay uygulamaları için 180 nm CMOS teknolojisiyle gerçeklenmiş yüksek doğrusallı kriyojenik s-bant düşük gürültülü kuvvetlendirici

    ALİCAN ÇAĞLAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BERKE YELTEN

Geri Dön