PECVD yöntemiyle a-Si:H tabanlı HIT güneş pili üretimi ve karakterizasyonu

Güneş pili endüstrisinde liderliğini koruyan kristal silisyum güneş pillerinin bir çeşidi olan a-Si:H/c-Si heteroeklemden oluşan HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) güneş pilleri 1990'lardan yüksek eneji dönüşüm verim değerleriden dolayı büyük ilgi çekmiştir. Üretimin düşük sıcaklıklarda (T<200°C) tabakaların yapılabilmesi sebebiyle maliyetlerinin az olması ve az malzeme kullanılarak üretilebilmeleri SHE (Silisyum Heteroeklem) güneş pillerinin ilk göze çarpan özellikleridir. Tez kapsamında yüksek verimli a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş pillerinde pil verimi üzerinde odaklanılmış ve pil verimini yükselten faktörler incelenmiştir. Özden amorf silisyum tampon tabakalarında farklı oksit miktarları içeren HIT güneş pillerinin güneş pili analizleri yapılarak kristal silisyum ve amorf silisyum tabaka arasındaki özden amorf silisyum tabakanın altoksit olması durumunda yapıdaki değişiklikler ve bu etkilerin sebeplerinin anlaşılması üzerine çalışılmıştır. İncelenen örneklerin enerji band diyagramları, ölçümlere göre belirlenen iletim yolları, band offsetleri, akım gerilim (I-V), kapasitans-gerilim (C-V) ölçümleri ile belirlenmiştir. Farklı oksit miktarına sahip tampon tabakası içeren HIT güneş pillerinin güneş pili parametreleri belirlenerek, pil parametrelerinin sıcaklığa bağlı değişimi incelenmiştir. Pillerde gerçekleşen akım mekanizmalarının açıklanabilmesi için karanlık ortamda sıcaklığa bağlı ölçümleri yapılarak pil üzerinde yük iletimi araştırılmıştır. Akım ve kapasitans ölçümleriyle diyot yapılarının ayrıntıları araştırılıp, özelliklerin güneş pillerine etkisi irdelenmiştir. I-V ve C-V deneylerinden belirlenen aktivasyon enerjilerinin tutarlılığı ile iletim mekanizmaları belirlenmiştir. Kapasitans-gerilim ve IPE ölçümleri ile arayüzeydeki bandoffsetlerin enerji değerleri belirlemek üzere çalışmalar yapılmıştır. Genel olarak, heteroeklem güneş pilinin, yüksek verimine sebep olan yük yolları açığa çıkarılmak üzere analizlere ağırlık verilmiştir. Silisyum heteroeklem güneş pillerinin yüksek verimlerinin yanı sıra oluşan kayıplardan dolayı verim değerini kısıtlayan durumlar araştırılmıştır. Kristal silisyum üzerine büyütülen amorf silsiyum tabakaların üretim koşullarının optimizasyonu, kristal silisyumun yüzey pasivasyonunun geliştirilmesi pil verimini arttıran en önemli etkenlerdir. HIT güneş pillerinin veriminin daha da yüksek değerlere çıkarılabilmesi için katkılı amorf silisyum (a-Si:H) ile saydam iletken oksit (TCO) görevini üstlenen indiyum kalay oksit (ITO) malzemesinin heteroekleme göre oluşturduğu ters diyotun anlaşılabilmesi gerekmektedir. Yapıya göre ters oluşan bu diyotun sebebi ITO'nun iş fonksiyonu ile katkılı amorf silisyumun iş fonksiyonu arasındaki farktır. ITO tabakasının iş fonksiyonu malzemedeki oksit miktarının optimizasyonu ile ayarlanabilirse, yüklerin geçişine engel olabilecek bir ters diyotun varlığı ortadan kalkabilir. Bu doğrultuda pilin ön tarafındaki ITO tabakasındaki oksit miktarı değiştirilerek, bu değişimin ITO tabakasının iş fonksiyona etkisinin belirlenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. ITO tabakasının iş fonksiyonunun etkisi akım-gerilim ve kapasitans gerilim ölçümleri ile ITO/c-Si ve ITO/(i)a-Si:H/(n)c-Si yapıları üzerinden incelenmiştir. Güneş pillerinin verimini etkileyen başka bir olgu olan arayüzey kusur dağılımı incelemesi yapılmıştır. a-Si:H/c-Si arayüzeyindeki kusurların belirlenmesi için yeni bir numerik model oluşturulmuştur. Özden amorf silisyum tabaka bir oksit/yalıtkan tabaka olarak ele alınıp, MOS analizi Al/(i)a-Si:H/c-Si yapısına uygulanarak arayüzey kusur yoğunluğu elde edilmiştir, ayrıca bu sonuç, AFORS-HET simülasyonu ile desteklenmiştir.