CdS/CdTe güneş hücrelerinde pencere ve soğurma katmanlarına selenyum katkısının hücre performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of selenium addition to window and absorption layers on cell performance in CdS/CdTe solar cells
Yazar: ALİ ÇİRİŞ
Danışman: PROF. DR. EMİN BACAKSIZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Kaynakları/Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu tez çalışmasının birinci kısmında ısıl işlemin CdS/CdSe pencere tabakalarının karakteristiği ve hücre performansı üzerine etkisi incelendi. CdS/CdSe ikili yapılarında, 10 dakikaya kadar uygulanan ısıl işlem sonucunda, kübik CdS ve CdSe fazlarının oluştuğu görüldü. Bununla birlikte CdCl2 varlığında 10 dk. ısıl işlemden sonra CdSSe alaşımının oluştuğu ve başlangıçtaki kübik yapının hekzagonale dönüştüğü belirlendi. CdSe/CdTe, CdS/CdTe ve CdS/CdSe/CdTe yapılarına sahip güneş hücrelerinden sırasıyla % 8,39; %10,12 ve %11,47 verim elde edildi. Pencere tabakası olarak CdS/CdSe yapısının kullanılmasının aygıtın uzun dalga boyu tepkisini iyileştirerek kısa devre akım yoğunluğunu arttırdığı görüldü.
	İkinci kısımda, CdSexTe1-x alaşımlarının özellikleri incelenerek, CdS/CdSexTe1-x/CdTe aygıt yapısının hücre parametrelerine etkisi incelendi.  CdSexTe1-x alaşımlarında, Se-konsantrasyonunun artmasıyla kristal yapının kübikten karışık faza (kübik+hekzagonal) dönüştüğü bulundu. Alaşımların optik bant aralığı değerleri, eğilme etkisinin varlığını ortaya koydu. Aygıtlarda kullanılan CdSexTe1-x ince filmlerinin (CST-20, CST-25, CST-30) aşamalı bir alaşım yapısına ve yaklaşık olarak optimum bant aralığına sahip olduğu görüldü. Son olarak CST-20/CdTe, CST-25/CdTe ve CST-30/CdTe yapılarına sahip güneş hücrelerinden sırasıyla % 9,59; %11,69 ve %10,13 verim elde edildi. Aygıt yapısında CdTe soğurma tabakasının ön-tarafında bir CdSexTe1-x alaşım tabakası kullanmanın, kısa devre akım yoğunluğunu arttırdığı gösterildi.

Abstract:
In the first part of this thesis, the effect of heat treatment on the characteristics of CdS/CdSe window layers and the cell performance was investigated. It was observed that cubic CdS and CdSe phases were formed in CdS/CdSe bilayer structures as a result of heat treatment applied for up to 10 minutes. However, after 10 minutes of heat treatment in the presence of CdCl2, CdSSe alloy was formed and the initial cubic structure turned into hexagonal. Solar cells with CdSe/CdTe, CdS/CdTe and CdS/CdSe/CdTe stacks yielded 8.39%, 10.12% and 11.47% efficiency, respectively. Using a CdS/CdSe window layer in solar cell structure increased the short-circuit current density by improving the long wavelength response of the device.
In the second part, the effects of CdS/CdSexTe1-x/CdTe device structure on cell parameters were investigated by examining the properties of CdSexTe1-x alloys. In CdSexTe1-x alloys, the crystal structure changed from cubic to mixed phase (cubic+hexagonal) with increasing Se-concentration. The optical band gap values of the alloys revealed the existence of bowing effect. It was showed that CdSexTe1-x thin films (CST-20, CST-25, CST-30) used in devices have a graded alloy structure and nearly optimum band gap. Finally, the efficiencies of solar cells with CST-20/CdTe, CST-25/CdTe and CST-30/CdTe structures were obtained as 9.59%, 11.69% and 10. 13%, respectively. These results shows that CdSexTe1-x alloy layer in front of the CdTe absorption layer in the device structure can be concluded the short circuit current density.