İki eklemli GaxIn1-xP/GaAs güneş hücrelerinin tasarımı, epitaksiyel büyütülmeleri ve hücre fabrikasyonu
Desing, epitaxial growth and cell fabrication of GaxIn1-xP/GaAs dual junction solar cells
Yazar: TUĞÇE ATAŞER
Danışman: DOÇ. DR. ORHAN ZEYBEK ; PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Katıhal fiziği = Solid state physics ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Bu çalışmada, tek eklemli GaAs, iki eklemli GaInP/GaAs ve iki eklemli Ga1-yInyP/Ga1-xInxAs güneş hücre yapılarının analitik güneş hücre modeline göre tasarımları yapıldı. Tasarımı yapılan güneş hücrelerinin teorik olarak elektriksel parametreleri sıcaklığın fonksiyonu olarak hesaplandı. Tek eklemli GaAs güneş hücresinin teorik verimi %19,92 olarak hesaplandı. İki eklemli GaInP/GaAs güneş hücresinin teorik verimi %25,62 olarak bulundu. Tasarımı yapılan iki eklemli Ga1-yInyP/Ga1-xInxAs güneş hücresinin In içeriği artıkça, verim değerinde azalma olduğu görüldü. Güneş hücrelerinin tasarımında belirlenen optimizasyon şartları göz önüne alınarak, tek eklemli GaAs ve iki eklemli GaInP/GaAs güneş hücreleri MBE tekniği ile büyütüldü. Güneş hücresi yapılarının HR-XRD ve PL ölçüm sistemleri ile yapısal ve optik karakterleri belirlendi. Güneş hücre fabrikasyonları litografik teknikle gerçekleştirildi. A1 numunesi olarak adlandırılan tek eklemli GaAs güneş hücresinin ön ve arka kontağı için Au metali kullanıldı. İki eklemli GaInP/GaAs güneş hücresinden iki parça alınarak B1 ve B2 olarak adlandırıldı. B1 numunesinin ön ve arka kontağı Au metaliyle üretildi. B2 numunesinin ön kontağı Au/Ti ve arka kontağı AuZn alaşımı ile yapıldı. Güneş hücrelerinin çıktı parametreleri AM1.5 Güneş simülatörü altında I-V ölçüm sistemi ile belirlendi. A1 güneş hücresinin verim değeri %12,11 olarak elde edildi. B1 güneş hücresinin verim değeri %14,65, B2 güneş hücresinin verim değeri %15,26 olarak hesaplandı. B1 ve B2 güneş hücresine uygulanan farklı metalizasyon süreci %4,16'lık verim artışına neden oldu. B1 ve B2 numunesine Al2O3/TiO2 yansıma önleyici kaplama yapıldığında, verim değerleri sırasıyla %15,72 ve %16,90 olarak elde edildi. İki eklemli GaInP/GaAs güneş hücresinin ön yüzündeki kontaklar arasına kaplanan yansıma önleyici katmanın verim değerlerini artırdığı görüldü.

Abstract:
In this study, single junction GaAs, dual junction GaInP/GaAs and dual junction Ga1-yInyP/Ga1-xInxAs solar cell structures were designed by using analytical solar cell model. The electrical parameters of these solar cells were theoretically calculated as a function of temperature. Theoretical efficiency of the single junction GaAs solar cell was calculated as 19.92%. Theoretical efficiency of dual junction GaInP/GaAs solar cell was found to be 25.62%. It has been observed that the efficiency of dual junction Ga1-yInyP/Ga1-xInxAs solar cell decreased as increasing of In incorporation into the cells. Considering the optimization conditions in the design of solar cells, single junction GaAs and dual junction GaInP/GaAs solar cells were grown using MBE technique. The structural and optical characteristic of the solar cells were determined using HR-XRD and PL measurement systems. Solar cell fabrication was performed by lithography technique.The front and back contact of the single junction GaAs, which is called as A1 sample, solar cell was used Au metal. The two parts of dual junction GaInP/GaAs solar cell were named as B1 and B2 samples. The front and back contact of B1 sample was made Au metal. The front contact of the B2 sample was covered AuTi metal and back contact of the B2 sample was made AuZn alloy. Output parameters of the solar cells was determined using I-V measurement system under the AM1.5 solar simulator. The efficiency value of A1 sample was obtained 12.11%. The efficiency value of B1 and B2 samples were calculated as 14.65% and 15.26%, respectively. The different metallization process, which was applied to B1 and B2 samples, was resulted in an increase 4.16% efficiency. The efficiency values of B1 and B2 samples were obtained 15.72% and 16.90%, respectively when the front contact of solar cells were covered with Al2O3/TiO2 antireflection coating. The antireflection coating, which was covered between the contacts on the front side of the dual junction GaInP/GaAs solar cell, was caused to an increase of the efficiency values.