Integration of silica aerogel film as rear reflector to silicon solar cells and anti-reflective coating to solar panels
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: DAMLA KOÇAK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Selçuk Yerci
Eş Danışman: Hüsnü Emrah Ünalan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.