Alüminyum indüklemeli kristalizasyon ile seramik üzerinde oluşturulan polykristallerin elektrokimyasal karakterizasyonu
Electrochemical characterization of polycrystals formed on ceramics by aluminum induced crystallization
Yazar: ŞEYDA ANAÇ
Danışman: DOÇ. DR. GÖRKEM OYLUMLUOĞLU
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrokristalizasyon = Electrocrystallization ; Güneş pilleri = Solar cells ; Polikristal = Polycrystalline

Özet:
Bu çalışmada, polykristal silisyum (poly-Si) güneş pillerinin ileri teknoloji ürünü ince film büyütme teknikleri olan Plazma Yardımlı Kimyasal Buhar Fazdan Büyütme (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-PECVD) ve Kimyasal Buhar Fazdan Büyütme (Chemical Vapor Deposition-CVD) sistemleri kullanılarak düşük maliyetli alümina (Al2O3) altlık malzemesi üzerine büyütülen bütün katmanların vakum ortamında, havaya maruz kalmadan, büyütülmesini amaçlamaktadır.  Polykristal silisyum kaynak tabakanın oluşturulmasında ise alüminyum indüklemeli kristalizasyon (Aluminium Induced Crystallization-AIC) yöntemi kullanılacaktır. Çok katmanlı silisyum bazlı ince film Güneş pillerinde katmanlar amorf, mikrokristal ve nano kristal yapıya sahiptir. P-tipi veya n-tipi katkılı soğurucu katmanlar ve üretilen elektriğin toplandığı metal kontaklar ayrı ayrı vakum odalarında ve farklı ince film büyütme sistemlerinde büyütüleceklerdir. Güneş pilinin en önemli kısmı olan ve yük taşıyıcıların yaratıldığı soğurucu tabaka (n-tipi tabaka) elde edilecektir. Güneş ışığını soğuran tabakanın temel karanlık iletkenlik ile ışıl iletkenlik ölçümleri, azınlık yük taşıyıcıların karanlık ve ışıl transfer özelliklerinin ölçümleri, üretilen soğurucu tabakanın ışık altında bozunum karakteristikleri ile grenli yapıdaki çok katmanlı yapının gren karakteristikleri ayrıntılı olarak incelenecektir.  En iyi optoelektronik kalite ve özellikte üretilecek soğurucu katmanların koşulları kullanılarak alümina altlık malzemesi üzerine bütün katmanlar sırası ile büyütülerek çok katmanlı güneş pilleri vakum ortamında havaya maruz kalmadan üretilecektir.  Güneş pilleri üretimi yapıldıktan sonra çok katmanlı güneş pilinin standart Güneş Simülatörü altında karanlık ve ışık altında akım-gerilim eğrileri, açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akımı (Isc), güneş ışığının dalga boyuna göre kuantum verimliliği (spektral yanıtı) ve Güneş ışığını elektrik enerjisine dönüşüm veriminin (η) ölçümleri yapılacaktır.  Üretilen Güneş pillerinin en önemli parametreleri açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolgu faktörü (FF) ve enerji dönüşüm verimi (η) dir. Elde edilen güneş pili karakteristiklerinin sayısal benzetişimleri yapılarak bu verimin değişimini etkileyen parametrelerin katkıları ayrıntılı olarak modellenecektir. Yapılan bu sayısal benzetişimlerin ışığı altında, katkılı tabakaların özellikleri (yasak enerji aralıkları, iletkenlikleri gibi), polikristal kaynak tabakanın oluşturulmasında önemli rol oynayan alüminyum oksit tabakanın kalınlık ve oluşum özellikleri, soğurucu tabakanın mikro yapısında bulunan elektronik kusurlar, soğurucu tabakanın optik soğurma özellikleri, katmanlar arasındaki ara yüzeylerin etkileri ve metal kontakların özellikleri hazırlık koşulları ile değiştirilecektir. Ve bu değişimler ile, son ürün olan polikristal silisyum güneş pilinin enerji dönüşüm veriminin literatürde mevcut enerji dönüşüm verim seviyelerine ulaşılması ve daha sonra bu elde edilen değerlerin daha yüksek değerlere çıkarılmasına olanak sağlayacak araştırmaların yapılması hedeflenmektedir. Yüksek verimlilik ve düşük üretim maliyetini hedef alan polikristal silisyum güneş pilleri üzerine bilimsel araştırmalar gelişen güneş pili teknolojisiyle birlikte dünya üniversitelerinde ve fotovoltaik endüstrisinde gittikçe yaygınlaşmaktadır. Her bir katmanla ilgili olarak araştırılmakta olan ve araştırılması gereken problemler mevcuttur.

Abstract:
In this study, high-tech thin film growth techniques of polycrystalline silicon (poly-Si) solar cells were used using Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (PECVD) and Chemical Vapor Deposition (CVD) systems. It aims to grow all layers grown on costly alumina (Al2O3) substrate material in a vacuum environment, without being exposed to air. Aluminum Induced Crystallization (AIC) method will be used to create the polycrystalline silicon source layer. Multilayer silicon-based thin film layers in solar cells have amorphous, microcrystalline and nanocrystalline structures. P-type or n-type doped absorber layers and metal contacts where the generated electricity is collected will be grown separately in vacuum chambers and different thin film growth systems. The absorber layer (n-type layer), which is the most important part of the solar cell and where the charge carriers are created, will be obtained. Basic dark conductivity and photoconductivity measurements of the sunlight-absorbing layer, measurements of the dark and light transfer properties of minority charge carriers, degradation characteristics of the produced absorber layer under light, and grain characteristics of the grainy multilayer structure will be examined in detail. Multilayer solar cells will be produced in a vacuum environment without being exposed to air by growing all layers sequentially on the alumina substrate material, using the conditions of the absorber layers to be produced with the best optoelectronic quality and features. After the solar cells are produced, the current-voltage curves of the multilayer solar cell under the standard Solar Simulator in the dark and under light, open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), quantum efficiency (spectral response) according to the wavelength of sunlight and sunlight. Measurements of the conversion efficiency (η) to electrical energy will be made. The most important parameters of the solar cells produced are open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF) and energy conversion efficiency (η). Numerical simulations of the obtained solar cell characteristics will be made and the contributions of the parameters affecting the change in this efficiency will be modeled in detail. In the light of these numerical simulations, the properties of the doped layers (such as forbidden energy gaps, conductivities), the thickness and formation properties of the aluminum oxide layer, which plays an important role in the formation of the polycrystalline source layer, the electronic defects in the microstructure of the absorber layer, the optical absorption properties of the absorber layer, the differences between the layers. The effects of interfaces and properties of metal contacts will be modified by preparation conditions. And with these changes, it is aimed to reach the energy conversion efficiency levels of the final product, the polycrystalline silicon solar cell, to the energy conversion efficiency levels available in the literature, and then to conduct research that will allow these values to be increased to higher values. Scientific research on polycrystalline silicon solar cells, which aim for high efficiency and low production costs, is becoming increasingly widespread in world universities and the photovoltaic industry with the developing solar cell technology. There are problems that are being investigated and need to be investigated regarding each layer.