Integration of silica aerogel film as rear reflector to silicon solar cells and anti-reflective coating to solar panels
Silika aerojel filmin arka yansıtıcı olarak silisyum güneş hücrelerine ve yansıma önleyici kaplama olarak güneş panellerine entegrasyonu
- Tez No: 832896
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ, PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Silisyum doğada en fazla bulunan elementlerden biridir. Buna bağlı olarak PV endüstrisi, indirek bant genişliğine ve güneş enerjisi uygulamaları için ideal olmayan bir soğurucu olmasına rağmen, onun hakimiyetindedir. Fotovoltaik endüstrisi, sahip olduğu indirekt bant aralığından dolayı ideal olmayan bir soğurucu olmasına rağmen silisyum güneş hücrelerinin hakimiyetindedir. Bu ideal olmayan koşullar nedeniyle, silisyum güneş hücrelerinin ışık yönetimi yoluyla güç dönüşüm verimliliğini artırmak üzere çok sayıda yaklaşım geliştirilmiştir. Bunlar arasında yansıma önleyici kaplamalar, çoklu iç yansımalar için piramidal dokular veya tam alanlı arka metaldeki parazit soğurmayı azaltacak yansıtıcılar yer almaktadır. Bu çalışma, silika aerojel ince filmin optik özellikleri sayesinde (düşük kırılma indisi, ~1,18) silisyum güneş hücrelerinde arka yansıtıcı katman ve fotovoltaik modüller için yansıma önleyici kaplama olarak son derece uygun olduğunu öne sürmektedir. Aerojel ince filmler aynı zamanda oda sıcaklığında düşük maliyetli üretimlerden de (vakum gerektirmeyen) faydalanırlar. Arka yansıtıcı olarak silika aerojel ince filmi, silisyum heteroeklem (SHJ) ve pasifleştirilmiş emitör arka kontak (PERC) tipi güneş hücrelerine entegre edilmiştir. Döndürmeli kaplama ile üretilmiş aerojelin, referans olan son teknoloji ürünü SHJ güneş hücresi ile karşılaştırıldığında kısa devre akım yoğunluğunu ~0,25 mA cm-2 arttırdığı ve bunun sonucunda da şeffaf iletken oksit tabakasının içinde bulunan indiyumun %50'den fazla oranda azaltıldığı gösterilmiştir. Ayrıca yüzey morfolojisinin herhangi bir ek işleme gerek kalmadan arka taraftaki metal temas yoluyla elektronik iletim oluşturmaya yardımcı olduğu da gösterilmiştir. Ek olarak, silika aerojel ince filmler geniş alanlı (~156 x 156 mm2) PERC hücrelerine sprey kaplama ile entegre edilmiş ve silika aerojelin PERC uygulamaları için arka yansıtıcı olarak alternatif ve gelecek vaat eden bir malzeme olabileceği gösterilmiştir. Son olarak cam alttaş üzerine üretilen silika aerojel ince filmlerin %95'in üzerinde geçirgenlik sağlayabildiği ve silika aerojellerin heksametildisilazan ile modifiye edilmesiyle mükemmel hidrofobiklik (~140o; neredeyse süperhidrofobik) elde edebileceği gösterilmiştir. Hem silisyum güneş hücrelerinin arka yansıtıcıları hem de fotovoltaik modüller için yansıma önleyici kaplama olarak uygun maliyetli silika aerojellerle foton yönetiminin, fotovoltaik teknolojisinde gelişmiş performans için sağlam yaklaşımlar olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
The photovoltaic (PV) market is dominated by silicon solar cells despite silicon's indirect band gap and thus being a non-ideal absorber. Due to the less-than-ideal circumstances, numerous approaches have been developed to improve silicon solar cells' power conversion efficiency by light management. These include anti-reflective coatings (ARCs), pyramidal texturing for multiple internal reflections, or reflectors to reduce parasitic absorption in full-area rear metal. This work proposes that silica aerogel thin film is very convenient as a rear reflector layer in silicon solar cells and an ARC for PV modules due to its optical properties (its low refractive index which is ~1.18). Aerogel thin films also benefit from low-cost fabrications (no vacuum required) at room temperature. As rear reflector, silica aerogel thin film has been integrated into silicon heterojunction (SHJ) and passivated emitter rear contact (PERC) types of solar cells. The spin-coated aerogel has been shown to increase the short-circuit current density by ~0.25 mA cm-2 compared to the reference, the state-of-the-art SHJ solar cell, resulting in a reduction of the indium content in the transparent conductive oxide layer by more than 50%. It has also been demonstrated that surface morphology helps to create electronic conduction via metal contact on the rear side without any additional process. Additionally, we have integrated silica aerogel thin films into large area (~156 x 156 mm2) PERC cells by spray coating and show that silica aerogel could be an alternative and promising material as a rear reflector for PERC applications. Finally, we have demonstrated that silica aerogel thin films can provide transmittance above 95% when deposited on glass substrates, and modifying silica aerogels with hexamethyldisilazane can also achieve excellent hydrophobicity (~140o; nearly superhydrophobic). Photon management by cost-effective silica aerogels both as rear reflector of silicon solar cells and ARC for PV modules are demonstrated as robust approaches for enhanced performance in PV technology.
Benzer Tezler
- Plazmonik ve opto-akışkan platformların teorik, hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Theoretical, computational and experimental studies on plasmonic and optofluidic platforms
YAĞIZ MOROVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Doğal taşlara yüzey koruyucu olarak sol-jel yöntemiyle nano katkılı kaplama geliştirilmesi
The development of nano additive coatings by the sol-gel method for the surface protection of natural stones
GÖZDE TEKİN EROĞUL
Doktora
Türkçe
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Development of aerogel based optofluidic microreactors
Aerojel tabanlı optofluidik mikroreaktörlerin geliştirilmesi
YAPRAK ÖZBAKIR
Doktora
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Uçucu kül esaslı aerojel hazırlanması ve organik moleküllerin adsorpsiyonu uygulamalarının araştırılması
Preparation of fly ash-based aerogel and investigating their adsorption capacity of organic molecules
ESRA BEDİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE DURAN DURMUŞ
- Sorption enhanced reforming of ethanol over novel catalysts and microwave reactor application
Etanolün yeni katalizörlerle adsorpsiyon destekli buharlı reformlanması ve mikrodalga reaktör uygulaması
MERVE SARIYER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NAİME ASLI SEZGİ
PROF. DR. TİMUR DOĞU