Improvement of silicon heterojunction solar cell performance with new surface structure and wide band gap carrier selective layers

Fotovoltaik endüstrisi, hammade çokluğu ve tam gelişmiş teknolojisine dayanarak silisyum tabanlı güneş hücreleri tarafından domine edilmiş durumdadır. Fotovoltaik endüstrisinin esas yol haritası, güneş hücrelerinin verim değerini arttırırken üretim maliyetlerini de düşürmektir. Bu yol haritasında silisyum heteroeklem güneş hücreleri görece yüksek dönüşüm verimi, basit üretim akışı ve düşük sıcaklık üretim adımları nedenleriyle dikkat çekmeye başlamıştır. Cihaz performansını daha da arttırmak için ise hem elektriksel hem de optik özellikler eş zamanlı geliştirilmelidir. Bu doktora tez çalışmasında, SHJ güneş hücrelerinin yüzey yapısı, yüzey pasivasyonu ve malzeme seçimleri gibi çeşitli yönler ele alındı. İlk olarak, optik kayıpları azaltmak için yeni yaklaşımlarla yüzey yapılandırılması üzerinde çalışıldı. İyi bilinen yüzey yapılandırma metodu olan rastgele dağılımlı piramit oluşturma, spektral yansıma profilinde kayda değer bir iyileştirme sağlamasına rağmen, optik kayıpların azaltılması noktasında hala iyileştirme için yer bulunmaktadır. Yüzeyde daha iyi ışık yönetimi için bakır destekli kimyasal aşındırmaya dayalı yeni ve özgün bir silisyum yüzey yapılandırma yöntemi geliştirildi. Bu teknikle tetragonal yıldız taban şekilli ters piramitler oluşturularak son derece düşük yansıma değerleri elde edilmiştir. İkinci olarak, farklı proses koşulları ve malzeme sistemleri kullanılarak silisyum yüzey pasivasyonu incelenmiştir. Kimyasal pasivasyon kinetiğini anlayarak ve yüzey pasivasyon kalitesini geliştirerek SHJ güneş hücre performansı önemli ölçüde iyileştirildi. Üçüncü olarak, parazitik emilim kayıplarını azaltmak için SHJ güneş hücre yapısına geniş bant aralıklı malzemeler entegre edildi. Ayrıca, TCO'nun elektriksel ve optik özellikleri ayarlanarak serbest taşıyıcı emilim kayıpları önemli ölçüde azaltıldı. Teorik ve deneysel açıklamalara dayanarak, yeni geliştirilen ışık yakalama yöntemi ve geniş bant aralıklı malzemelerin SHJ güneş hücre yapısına entegrasyonu gelecekteki alternatif uygulamalar için umut verici sonuçlar sunmaktadır. Bu yeni malzeme sistemleri ve proses iyileştirmeleri ile ODTÜ-GÜNAM'da üretilen SHJ güneş hücrelerinde %21,2'ye varan yüksek verim değerleri elde ettik.