Electron-selective contacts for N-type crystalline silicon solar cells: A study on an ultrathin zirconium oxide layer
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: LOAY AKMAL MOSTAFA KAMAL MADBOULY
Danışman: HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Kristal silisyum (c-Si) güneş pillerinin verimliliği yaklaşık %26'ya ulaşmıştır. Shockley-Queisser limitine yaklaşmak ve hatta ötesine geçmek için c-Si güneş hücrelerinin arka kontakt pasifleştirilmesi zorunludur. Hafif katkılı n-tipi c-Si'de Ohmik, düşük dirençli ve ekonomik olarak uygun kontakların oluşumu fermi-seviye pinleme fenomeni tarafından engellenir. Son yirmi yılda yaygın olarak kullanılan silisyum dioksitin (SiO2) yerini alabilecek malzemeleri bulmak için birçok araştırma yapılmıştır çünkü SiO2 mikroelektronik uygulamalarda düşük kalınlıklarda elektriksel kararsızlıklar göstermektedir. Zirkonyum dioksit (ZrO2), yüksek dielektrik sabiti, geniş bant aralığı, çevresel kararlılığı, yüksek servis sıcaklığı, elektron seçici doğası ve Si ile örgü sabiti eşleşmesi nedeniyle potansiyel olarak SiO2'nin yerine geçme potansiyeline sahiptir. Ayrıca, çözelti bazlı teknikler veya vakum sistemleri kullanılarak kolayca biriktirilebilir ve ZrO2 satın alma ve işleme açısında ekonomik olarak uygundur. ZrO2'nin c-Si ile etkileşimini anlamak ve analiz etmek için farklı biriktirme teknikleri ile çalışmalar yapıldı. ZrO2 tabakasının gerekli nano ölçekli kalınlığına ulaşmak, çözelti işleme tekniklerini (döndürerek kaplama ve sprey kaplama gibi) kullanarak zor olsa da, vakuma dayalı biriktirme teknikleri (termal ve elektron ışını buharlaştırma gibi) 1 nm kalınlığında ZrOx katmanını c-Si üzerinde biriktirebildi. 1 nm kalınlığındaki ZrOx pasivasyon katmanının c-Si üzerine başarılı bir şekilde biriktirilmesinin ardından, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), x-ışını kırınımı (XRD), transmisyon elektron mikroskobu (TEM), spektroskopik elipsometrisi (SE) ile derinlemesine karakterize edildi. Daha sonra, farklı kalınlıklardaki farklı özdirençlere sahip n-tipi c-Si (n-Si) levhalar üzerinde için Cox-Strack yöntemi (CSM) ile temas özdirenci (ρc) ölçümleri yapılarak pasivasyonun etkisi araştırılmıştır. ZrOx, oda sıcaklığında e-ışınlı buharlaştırma yöntemi ile biriktirildi. Kontakt direncinin, ZrOx kalınlığına büyük ölçüde bağlı olduğu bulundu. Yalnızca 1 nm kalınlığında ZrOx kullanılarak en düşük 21 mΩ.cm2¬ ρ¬¬C değeri elde edildi Ayrıca, ZrOx'in elektron seçici doğası, n-Si ve alüminyum arasında bir ara katman olarak biriktirildiğinde Ohmik davranış gösterdiği için CSM tarafından kanıtlanmıştır. Konseptin bir kanıtı olarak, ZrOx pasivasyonunun n-Si güneş pilinin performansı üzerindeki etkisini açıklamak için arka kontaktında biriken 1 nm ZrOx ile bir n-Si güneş hücresi üretildi. 1 nm kalınlığında ZrOx arka kontakt pasifleştirilmiş n-Si güneş hücresi, kısa devre akım yoğunluğu (JSC) 33.86 mA/mm2, açık devre voltajı (VOC) 600.0 mV, doldurma faktörü (FF) %79,1 ve toplam verimlilik (η) %16,1 ile önemli performans gösterdi. Bu değerler, hafif katkılı n-Si gofretler için ortaya çıkan elektron seçici katman teması olarak ZrOx'un kullanımını başarılı bir şekilde göstermektedir.