Surface texturing via copper-assisted chemical etching, and passivation using intrinsic amorphous silicon bilayers for silicon heterojunction solar cells
Bakır yardımlı kı̇myasal aşındırma yöntemı̇ kullanarak sı̇lı̇syum yüzeyı̇nı̇n ters pı̇ramı̇t şeklı̇nde desenlendı̇rı̇lmesı̇ ve katkısız amorf sı̇lı̇syum ı̇kı̇lı̇ katmanlarıyla sı̇lı̇syum heteroeklem güneş hücrelerı̇nı̇n pası̇vasyonu
- Tez No: 975177
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. ALİ ÇIRPAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Amorf silisyum, Yarı iletken güneş pili, Amorphous silicon, Semiconductor solar cell
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, kristal silisyum (c-Si) güneş hücreleri için gelişmiş yüzey mühendisliği tekniklerinden, ışık tuzaklama ve yüzey pasivasyonu konularına odaklanmaktadır. İlk bölümde, kristal silisyum yüzeyinde rastgele dağılmış ters piramit yapıları oluşturmak amacıyla, bakır destekli kimyasal aşındırma yöntemi uygulanmıştır. Oluşan mikro yapının boyutunu, şeklini ve yüzeyde dağılımını; aşındırıcı kimyasalın bileşimi, aşındırma süresi ve yüzeyin ilk morfolojisi (doğrudan kesilmiş veya KOH aşındırması, siyah silisyum oluşumu gibi ön işlemlerle değiştirilmiş hali) etkilemektedir. Elmas telle kesilmiş silisyum pullarda aşındırmayla oluşan zincir benzeri ters piramit dağılımları, yüzey yansımasını %5 seviyesine kadar düşürmüştür. İkinci bölümde, silisyum tabanlı heteroeklem güneş hücrelerinde pasivasyon için katkısız amorf silisyum çift katmanları geliştirilmiştir. Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme sırasında işlem gücü ve plazmadaki hidrojen miktarı kontrol edilerek i-a-Si:H katmanlarının gözenekliliği ve hidrojen bağ yapıları çeşitlendirilmiştir. Gözenekli bir i1 katmanı ve yoğun bir i2 katmanından oluşan optimize edilmiş çift katman yapısı, hidrojen plazma işlemi sonrası taşıyıcı ömrünü ve açık devre gerilimini (Voc) önemli ölçüde artırmıştır. Gözenekli katmanın mikro yapısındaki değişiklikler, bu katmanın hem hidrojenin difüzyonunu sınırlayan bir bariyer hem de kristal silisyum ara yüzeyinde hidrojen etkileşimini yönlendiren bir unsur olarak işlev görmesi nedeniyle pasivasyon performansında belirleyici olmuştur. Farklı çift katman yapılandırmaları, SHJ hücrelerin ön ve arka yüzeylerine entegre edilerek cihaz performansına etkileri incelenmiştir. Bu bulgular, kristal silisyum fotovoltaiklerinde hem ışık yönetimi hem de pasivasyon stratejilerinin optimizasyonuna yönelik pratik bir yol sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates advanced surface engineering techniques for crystalline silicon (c-Si) solar cells, focusing on light trapping and passivation. In the first part, copper-assisted chemical etching (CACE) was applied to fabricate randomly distributed inverted pyramids on c-Si surfaces. The anisotropy, size, and uniformity of the resulting microstructure were influenced by the etchant composition, etching duration, and the initial surface morphology, whether in the as-cut form or after pre- treatments such as KOH etching or black silicon formation. Chain-like distributions of inverted pyramids formed on DWS wafers reduced the surface reflectance to as low as 5%. In the second part, intrinsic hydrogenated amorphous silicon (i-a-Si:H) bilayers were developed for surface passivation in silicon heterojunction (SHJ) solar cells. By controlling the process power and hydrogen dilution during plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), the porosity and hydrogen bonding configurations of the i-a-Si:H layers were tuned. An optimized bilayer (i1/i2) consisting of a porous i1 layer and a dense i2 layer, followed by hydrogen plasma treatment (HPT), significantly enhanced effective carrier lifetime and improved open-circuit voltage (Voc). Modifications to the porous layer's microstructure had a critical role in passivation performance, as this layer acted both as a diffusion barrier and as a regulator of hydrogen interaction at the c-Si interface. Different bilayer configurations were further integrated onto the front and rear sides of SHJ solar cells to assess their impact on device performance. These findings offer practical guidance for optimizing both light management and passivation strategies in crystalline silicon photovoltaics.
Benzer Tezler
- Surface texturing study with aluminum induced texturing method on soda-lime glass substrates for thin film solar cells
İnce film güneş gözeleri için alüminyum ile desenleme yöntemi ile soda-kireç cam alttaşların yüzeyinin desenlemesi
MUSTAFA ÜNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DOÇ. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- 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 (disiplinlerarası)
PROF. DR. RAŞİT TURAN
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Kopolimer polyester esaslı yalancı büküm tekstüre prosesinde ürün tasarımı ve optimum üretim şartlarının belirlenmesi
Product design and determination of optimum process conditions on copolymer polyester based false twist texturing process
IŞIK İSMAİL İLBAY
Doktora
Türkçe
2009
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. NİHAT ÇELİK
- Metal takılarda doku verme teknikleri ve uygulamalar
Texturi̇ng techniques and applications in metal jewelry
ALİYE KURNAZ
Sanatta Yeterlik
Türkçe
2026
El SanatlarıAnkara Hacı Bayram Veli ÜniversitesiEl Sanatları Ana Sanat Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL BÜYÜKYAZICI
- Friction dynamics of adhesive fibrillar contact
Adeziv fibrilli kontağın sürtünme dinamiği
TURGAY ERAY
Doktora
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ