Metal destekli kimyasal aşındırma metodu ile güneş hücrelerinin optik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improving the optical properties of solar cell with metal assisted chemical etching method
Yazar: BURCU GÜMÜŞ ÇİFTCİ
Danışman: PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Güneş hücresi, güneş ışığını doğrudan elektriğe dönüştüren yarı iletken bir cihazdır. Işığın soğrulmasını artırarak güneş hücresinin optik özelliklerini iyileştirmek için tez kapsamında waferın yüzeyde ters piramit morfolojisi oluşturulmuştur. Ters piramit morfolojisi Cu destekli kimyasal aşındırma metodu ile elde edilmiştir. Tek aşamalı Cu(NO3)2/HF/H2O2 sistemi ters piramit yapıları 50 0C'de elde edilmiştir. Cu destekli kimyasal aşındırma sisteminde, Cu kataliz olarak kullanılmıştır ve elektrokimyasal reaksiyon sonucunda HF'in m-Si waferı aşındırması sağlanmıştır. Tez çalışmasında aşındırma yapısını incelemek için ilk olarak farklı 0,5;1,5;4,5;13,5 M HF konsantrasyonlarında 10 dakika sabit reaksiyon süresinde incelenmiştir. Yapılan ilk çalışma sonrasında en iyi HF konsantrasyonu belirlemek için SEM ve yüzey yansıma ölçümlerinin karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. İkinci aşamada reaksiyon süresinin yüzey morfolojisine ve ışık soğurma oranlarına etkisi 5-10-15 ve 20 dakika ile incelenmiştir. Tez çalışması kapsamında, farklı HF konsantrasyon ve reaksiyon süresinin etkisini incelemek amacıyla m-Si waferın aşındırma mekanizması, SEM ile yüzey morfolojisi, yüzey yansıma oran ölçümleri ve fotolüminesans karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Güneş hücresi üretimi sonrası kuantum verimlilik ve I-V karakterizasyon çalışmaları tamamlanmıştır. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda 300 ile 1100 nm arasında ters piramitli m-Si waferın yüzey yansıma oranı %5,97 elde edilmiştir. 4,5 M HF ve 15 dakika reaksiyon süresi sonucunda üretilen ters piramit yüzey morfolojisine sahip PERC güneş hücresinin verimliliği %22,24 ölçülmüştür. Ters piramit morfolojisine sahip güneş hücresinin verimi, alkali aşındırma ile elde edilen dik piramitli güneş hücresinden %0,23 ve akım yoğunluğu Jsc 0,19 mA/cm2 daha yüksektir.

Abstract:
Solar cell is a semiconductor device that converts sunlight directly into electricity. In order to improve the optical properties of the solar cell by increasing the absorption of light, the inverted pyramid morphology of the wafer on the surface was created within the scope of the thesis. The inverted pyramid morphology was obtained by the Cu assisted chemical etching method. Single step chemical etching solution Cu(NO3)2/HF/H2O2 was applied to obtain inverted pyramid structures at 50 0C. In the Cu assisted chemical etching system, Cu was used as the catalysis and as a result of the electrochemical reaction, m-Si wafer was etched by HF. In order to examine the etching structure in the thesis study, different 0.5; 1.5; 4.5; 13.5 M HF concentrations were investigated firstly in constant a reaction time 10 minutes. After first experiment, SEM and reflectivity measurement characterization studies were carried out to select best HF concentration. In the second part of the experiment, the effect of reaction time on surface morphology and light absorption rates were investigated with 5-10-15 and 20 minutes. Within the scope of the thesis study, the etching mechanism of m-Si wafer, surface morphology by SEM, surface reflection ratio measurements and photoluminescence characterization studies were carried out to analyze the effects of different HF concentrations and reaction times. After solar cell production, quantum efficiency and I-V characterization studies were completed. As a result of the characterization studies, the surface reflection ratio of m-Si wafer with inverted pyramid between 300 and 1100 nm was obtained as 5.97%. The efficiency of the PERC solar cell with the inverted pyramid surface morphology produced as a result of 4.5 M HF and 15 minutes reaction time was measured as 22.24%. The efficiency of the solar cell with inverted pyramid morphology is 0.23% and current density Jsc 0.19 mA/cm2 higher than the upright pyramid solar cell obtained by alkaline etching.