Design, fabrication and characterization of interdigitated back contact silicon solar cells
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: EMİNE HANDE ÇİFTPINAR
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Raşit Turan
Eş Danışman: Selçuk Yerci
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.