Arabant yapılı güneş pillerinde verim optimizasyonu

Son nesil güneş pillerinde hedef, yarı iletken malzemenin enerji bant aralığından daha küçük enerjiye sahip fotonların soğurulamamasından ve yüksek enerjili fotonların, termalizasyonla yok olmasından kaynaklanan kayıpların azaltılmasıdır. Bu tez çalışmasında, n+-i-p+ yapılı baz bölgesine yerleştirilen bir ara bant (AB) sayesinde, bant aralığından daha az enerjiye sahip fotonları da soğuran, yeni ara bant yapılı güneş pilleri (ABGP) üzerinde nümerik analizler yapılmıştır. AB, ABGP'nin çıkış gerilimini azaltmadan, foto akımının artmasını sağlamaktadır. ABGP'nin çalışma performansı, detaylı denge modeli (DDM) ve kuasi-sürüklenme-difüzyon modeli (KSDM) kullanılarak, iki farklı modelle incelenmiştir.DDM uygulandığında, ideal şartlarda, verim, EG=1,95 eV için %63,2 ve EG=1,12 eV için %54,8 olarak bulunmuştur. Örtüşmenin ABGP performansı üzerindeki etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Soğurma katsayıları arasında örtüşme meydana geldiğinde, ABGP veriminin hızla düştüğü görülmüştür. Bant aralığından daha büyük enerjiye sahip fotonların termalizasyonla kaybolmasından kaynaklanan kayıplar da, Auger üretimi yoluyla taşıyıcı çoğullaması sayesinde, azaltılmıştır. Burada, Auger etkisi içeren dört farklı ABGP yapısı incelenmiş ve maksimum verim, silisyumun bant genişliğine yakın bantlarda ve %70 civarında bulunmuştur.KSDM kullanılarak; mobilitenin, etkin enerji durum yoğunluğunun ve yüksek ışık konsantrasyonundan dolayı ortaya çıkan doğrusal olmayan terimlerin (DOT), ABGP verimine etkileri araştırılmıştır. ABGP veriminin, küçük taşıyıcı mobilitesi, küçük etkin enerji durum yoğunluğu ve DOT içeren yüksek ışık konsantrasyonu değerlerinde azaldığı görülmüştür. KSDM'de, etkin enerji durum yoğunluğu 1019 cm-3'den 1017 cm-3'e düştüğünde, sadece verim azalmamış, aynı zamanda optimum AB ve optimum baz kalınlığı da değişmiştir. Yeni optimum AB ve optimum baz kalınlığı değerleri kullanıldığında ise, verimde %15 civarında bir iyileşme sağlanmıştır.Son olarak, baz bölgesindeki elektron ve boşlukların homojen olmayan üretim ve rekombinasyonundan kaynaklanan dahili elektrik alan etkisi, KSDM kullanılarak incelenmiştir. Ara bandın, baz bölgesi boyunca yarı dolu tutulabilmesi halinde, dahili elektrik alanın, verimi değiştirmeyeceğine sonucuna varılmıştır.