Design, fabrication and characterization of interdigitated back contact silicon solar cells
Arka kontak arka eklemli silisyum güneş gözelerinin tasarım, üretim ve karakterizasyonu
- Tez No: 736019
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 287
Özet
Bu tez kapsamında yüksek verimli iç içe geçmiş arkadan bağlantılı (IBC) tipi güneş hücrelerinin tasarım ve geliştirilmesi çalışılmıştır. Tezin ana motivasyonu tamamen endüstriye uyarlanabilir, litografi gerektirmeyen, yüksek üretim çıktılı bir IBC üretim yöntemi geliştirmektir. Bu amaçla, Quokka 2 yazılımı kullanılarak arka yüzey geometrisinin optimize edilip, silisyum alttaş ve üzerindeki tabakaların özelliklerinin aygıt performansı üzerindeki etkisi simüle edilmiştir. Simülasyon çalışmalarının ardından 750, 1250 ve 1700 μm hücre açıklığına üç farklı yapı seçilmiş ve önerilen tamamen serigrafi tabanlı IBC üretim yöntemi bu üç farklı hücre geometrisi için kullanılmıştır. Hücre aşamasında seçici difüzyon için kompozisyonu optimize edilmiş kalın SiNx tabakaları yüksek sıcaklık bor ve fosfor katkılama işlemleri sırasında bariyer olarak kullanılmıştır. Bariyer tabakalarının desenleme işlemi serigrafi ile serilen, asidik solüsyonlarda kimyasal dayanımı yüksek olan özel bir mürekkep kullanarak yapılmıştır. Difüzyon bariyeri özellikleri ve ilgili desenleme işlemlerinin optimizasyonun ardından, katkılama ve yüzey pasivasyonu çalışmaları devam etmiştir. Hem arka yüzey emiter ve arka yüzey alanı (BSF) hem de ön yüzey kontak atılmamış eklem bölgeleri için BCl3 ve POCl3 difüzyon reçeteleri detaylı bir şekilde çalışılıp, optimize edilmiştir. Metalizasyon için endüstriyel metal pastalar kullanılmış, kontak direnci çalışmaları yardımıyla gerekli optimizasyonlar tamamlanmıştır. Optimize edilmiş tüm proses parametreleri kullanılarak üretimi tamamlanan FFE-IBC hücrelerde en yüksek verim değeri %19.3 (FF:%71.2, Voc:642 mV, Jsc:37 mA/cm2) seviyelerine ulaşırken, FSF-IBC hücreler için bu değer %19.2 (FF:%70.3, Voc:637 mV, Jsc:39 mA/cm2) seviyesine çıkmıştır. IBC çalışmalarına ek olarak, çoklu kristal silisyum (polySi) ile pasive edilmiş hücreler de bu tez kapsamında incelenmiştir. Pasivasyon özelliklerinin yanı sıra haricen katkılanmış polySi katmanlarının kontak özellikleri de farklı tabaka kalınlıkları için incelenmiştir. N-tipi polySi tabaka için parlak yüzeylerde 1,6 ve piramitli yüzeyde 7,4 fA/cm2 gibi oldukça düşük seviyelerde toplam rekombinasyon parametrelerine (J0) ulaşılmıştır. P-tipi polySi tabakalar için toplam J0 değerleri parlak yüzey için 16,3 ve piramitli yüzey için 70,2 fA/cm2 seviyelerine kadar düşürülmüştür. Kontak özellikleri düşünüldüğünde ise, kontak rekombinasyon kayıp parametresi (J0,contact) hesaplaması için özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem kullanılarak elde edilen J0,contact değerleri kalın olan n-tipi ve p-tipi polySi tabakaları için 300-400 fA/cm2 seviyelerinde kalırken, daha ince olan n-tipi ve p-tipi polySi tabakaları için bu değer sırasıyla 1000 ve 700 fA/cm2 kadar yükselmiştir. Elden edilen J0,contact değerleri sonrasında yüksek çözünürlüklü taramalı elektron mikroskobu (HR-SEM) görüntüleriyle ilişkilendirilip kontak oluşum mekanizması ve metal pasta-polySi tabakası etkileşimi daha iyi anlaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The design and development of high-efficiency interdigitated back contact (IBC) solar cells have been studied within the scope of this thesis. Developing a totally industry-compatible, lithography-free, high-throughput process flow for the fabrication of IBC cells was the main motivation of the thesis. For this, a detailed simulation study was conducted using Quokka 2 software to optimize the rear side cell geometry and understand the effect of bulk and layer properties on the device performance. After determining three different cell geometries with varying pitch values of 750, 1250, and 1700 μm, a totally screen-printing-based process flow was designed and applied to fabricate IBC cells. For selective diffusion, thick SiNx layers with optimized layer compositions were used as the diffusion barriers during the high-temperature boron and phosphorus diffusion process. The patterning of the barrier layers was done using a screen-printable ink with enhanced chemical resistance in acidic solutions. Following the optimization of the diffusion barrier properties and corresponding patterning step, diffusion and corresponding passivation properties were optimized. BCl3 and POCl3 diffusion recipes were studied in detail not only for the rear emitter and back surface field (BSF) regions but also for the front non-contacted junctions. Industrial fire-through (FT) metals pastes were used for the metallization of rear junctions whose corresponding optimization was done with the help of detailed contact resistivity analysis. Combining all optimized process parameters for the cell fabrication resulted in maximum efficiency of 19.3% (FF:71.2%, Voc:642 mV, Jsc:37 mA/cm2) for FFE-IBC cell structure which was 19.2% (FF:70.3%, Voc:637 mV, Jsc:39 mA/cm2) for FSF-IBC structure. In addition to IBC studies, polySi passivating contact cells were also focused on in this thesis. In addition to their passivating properties, ex-situ doped polySi layers of varying thicknesses were studied also for their contacting properties. Excellent passivation properties were obtained for the case of n-polySi layers with the corresponding total recombination parameters (J0) of 1.6 and 7.4 fA/cm2 on textured and polished wafers, respectively. For the case of p-polySi layers, 16.3 and 70.2 fA/cm2 were obtained on the polished and textured wafers. Regarding the contacting properties, a novel methodology to extract the contact recombination parameter (J0,contact) was developed. The extracted J0,contact values were lying within the range of 300-400 fA/cm2 for relatively thicker n-polySi and p-polySi layers which increased to 1000 and 700 fA/cm2 for their thinner counterparts. Obtained J0,contact values were then correlated to high-resolution SEM images to better understand the contact formation and paste-polySi interaction.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and characterization of liquid-solid microelectromechanical DC-contact switches
Sıvı-katı mikroelektromekanik DC-kontak anahtarların tasarımı, üretimi ve ölçümü
ENGİN ÇAĞATAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NECMİ BIYIKLI
- Simulation of continous polystyrene particle manipulation with dielectrophoresis using comsol
Alternatif akım kutupsal devinim ile sürekli akışta polistren parçacıkların yönlendirilmesinin comsol simulasyonu
YAVUZ GENÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Design, fabrication and characterization of light-responsive functionalized hydrogel for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için ışığa duyarlı fonksiyonelleştirilmiş hidrojelin tasarımı, imalatı ve karakterizasyonu
SYEDA RUBAB BATOOL
Doktora
İngilizce
2021
BiyomühendislikKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- 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
2013
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDAL BULĞAN
- Dielektrik çok katmanlı geniş bantlı kızılötesi metamalzeme soğurucunun tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Design, fabrication and characterization of a dielectric multilayer broadband infrared metamaterial absorber
BUKET AKIN
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL