Metal oksit inorganik malzemelerin GaAs hücre teknolojisine elektron seçici yayıcı katman olarak entegrasyonu

Son yıllarda, elektron seçici taşıyıcı kontaklar (ESC), yüksek performanslı güneş hücrelerinde elektron taşıyıcı ayrımı için geleneksel katkılı p-n eklem güneş hücrelerine etkili bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez kapsamında ilk defa, ELO yöntemi ile üretilen esnek ince film GaAs güneş hücresine ESC katmanı entegre edilmiştir. TiO2 ve ZnO metal oksitler ESC katmanı olarak bu hücrelerde kullanılmıştır. Tezde önerilen aygıt yapısı ve üretim yaklaşımı, epitaksiyel hücre büyütmenin zorluğunu kısmi olarak azaltırken, genel hücre üretim maliyet ve fabrikasyon süreçlerinde konvansiyonel yaklaşımlara göre daha verimli ve maliyet etkin hücrelerin daha kolay bir şekilde üretilmesini sağlayacak potansiyele sahiptir. Tez kapsamında, p-GaAs/TiO2, p-GaAs/ZnO ve p-GaAs/TiO2/ZnO aygıt yapıları için simülasyon gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, n-GaAs yayıcı katmanı yerine ince TiO2 veya ZnO tabakalarının kullanılmasının, GaAs güneş hücrelerinde elektron seçiciliğini artırarak yüksek verimliliğe yol açtığını göstermektedir. Herhangi bir yansıtma önleyici katman kullanılmadan yapılan hesaplamalarda dahi, GaAs/ESC hücrelerden p-GaAs/TiO2 için %29,3, p-GaAs/ZnO için %27,2 ve p-GaAs/TiO2/ZnO için %28,8 gibi yüksek dönüşüm verimi elde edilebileceği gösterilmiştir. İyi bir yansıma önleyici katmanla bu değerler %32 limitine yaklaşabilmektedir. Teorik hesapları yapılan bu hücre yapılarından ilk defa esnek ince film GaAs/ESC hücre fabrikasyonu başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Ancak, fabrikasyonu gerçekleştirilen bu hücrelerden teorik beklentinin aksine çok yüksek verim ölçülememiştir. Deneysel olarak elde edilen en yüksek verimlilik değeri %2,23 seviyelerinde kalmıştır. Fabrikasyon süreçlerinin ve ESC kaplama yöntemlerinin sebep olduğu çok düşük paralel ve çok yüksek seri direnç üretilen hücrelerin özellikle açık devre voltajı ve dolum faktörlerinin çok düşük olmasına yol açarak hücre performansını limitlemiştir.