III-V grubu güneş hücresi geliştirilmesi ve prototip yoğunlaştırıcılı fotovoltaik modül üretimi
Development of III-V group solar cells and production of concentrators photovoltaic modules ptototype
Yazar: YUNUS ÖZEN
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, tek eklemli Ge, iki eklemli GaAs/Ge, GaInP/GaAs ve üç eklemli GaInP/GaAs/Ge fotovoltaik (PV) hücre yapıları, örgü ve akım uyumlu olacak şekilde tasarlandı. Bu yapılar MBE tekniği ile büyütüldü. PV hücre aygıt fabrikasyonları litografi ve metalizasyon işlemleri ile tamamlandı. Bu hücreler arasında GaInP/GaAs/Ge üç eklemli güneş hücresinin yoğunlaştırılmış PV (CPV) modülleri üretildi. CPV modülün önemli bileşenlerinden olan parabolik ayna ve konik şekilli ikincil optik elemanların tasarımları yapılarak üretimleri gerçekleştirildi. Yoğunlaştırıcı sistem olarak Fresnel mercek, tekli büyük alan parabolik ayna ve 16 parabolik aynadan oluşan yoğunlaştırıcılı olmak üzere üç adet modül sistemi geliştirildi. 16'lı parabolik yoğunlaştırıcılı sistemden 500 güneş elde edildi. Yüksek yoğunlaştırma etkisiyle oluşabilecek sıcaklığı düşürmek için alıcı sistem ve ısı tankı tasarımı yapıldı ve hücre bu sistem üzerine yerleştirildi. Yoğunlaştırıcı ayna-ikincil optik-hücre alıcısı ve ısı tankı entegrasyonu yapılarak 16 aynadan oluşan CPV modül prototipi üretildi. GaInP/GaAs/Ge üç eklemli yapının güneş hücre parametrelerini belirlemek için akım-voltaj karakteristikleri AM1,5'e kalibre solar simülatör kullanılarak 1 güneş ve CPV sistem ile 500 güneş altında hücre ve modül verimlilikleri belirlendi. GaInP/GaAs/Ge üç eklemli hücrenin 500 güneş altında elde edilen verimlilik değerinin, 1 güneşten elde edilen değerden %23,50 fazla olduğu belirlendi.

Abstract:
In this study, one junction Ge, two junction GaAs/Ge, GaInP/GaAs and three junction GaInP/GaAs/Ge Photovoltaic (PV) structures have been designed as lattice and current matching. These structures were grown using MBE technology. PV cell device fabrications have been completed with lithography and metallization process. Among these structures, Concentrated PV (CPV) modules were manufactured for GaInP/GaAs/Ge triple junction solar cell. Parabolic mirror and cone-shaped secondary optical elements which are important components of CPV modules were designed and its production was performed. It was developed three systems which were Fresnel lens system, the parabolic dish mirror system and 16 parabolic concentrators as concentrator system. 500 solar were obtained from 16 parabolic concentrators system. Receiver system and heat tank were designed to reduce the temperatures that can occur with high concentration effect and the cell was placed on the system. Concentrating mirrors-secondary optics-cell receptor and heat tank integration were producted and CPV module prototype which has 16 mirrors was produced. Efficiencies of solar cell and modules were obtained under 1 sun and CPV system with 500 sun with using current-voltage characteristics which calibrate to AM1,5 solar simulator to determine solar cell parameters of three junction GaInP/GaAs/Ge solar cells. The value of the efficiency of three junction GaInP/GaAs/Ge solar cells under 500 sun was obtained more than 23,50% the value was determined from 1 sun.