Güneş pillerinin verimliliğinin artırılması için gözenekli silisyum ve TiO2 kaplamaların kullanılması
Using porous silicon and TiO2 coatings to increase the efficiency of solar cells
Yazar: KÜBRA ARAS
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR DUMAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güneş hücreleri = Solar cells ; Kaplama = Coating ; Sonlu farklar yöntemi = Finite differences method ; Taşıma matrisi yöntemi = Transfer matrix method

Özet:
Fotovoltaik (PV-Photovoltaics) hücre yüzeyine gelen güneş ışınlarının absorbe edilmeden geri yansımasıyla meydana gelen kayıplar, PV sistemlerden elde edilen enerji dönüşüm verimliliğini düşürmektedir. Meydana gelen bu enerji kaybını azaltmak ve hücre verimliliğini artırmak için yansıma önleyici kaplamalar (ARC-Anti Reflective Coatings) kullanılmalıdır. Bu çalışmada, belirli dalga boyu aralığındaki yansımaların azaltılabilmesi için silisyum altlık üzerine tek, çift ve üç katmanlı yansıma önleyici (AR-Anti Reflective) kaplama tasarımları önerilmiştir. Her katmanın optimum kalınlığı ve kırılma indisi, güneş AM1.5 spektrumunun en yüksek foton yoğunluğu bölgesi olan 680 nm dalga boyu dikkate alınarak belirlenmiştir. Tasarlanan gözenekli silisyum (PS-Porous Silicon) tek katmanlı, PS/PS çift katmanlı ve PS/TiO2/PS üç katmanlı yapıların yansıma karakteristikleri Transfer Matris Metodu kullanılarak MATLAB R2018a programı ile hesaplanmış ve en iyi sonuçlar PS/PS çift katmanlı AR kaplama için elde edilmiştir. Zamanda Sonlu Farklar Yöntemi (FDTD-Finite Difference Time Domain) ve TMM yöntemleri ile elde edilen sonuçların benzerliğinin kontrol edilebilmesi amacıyla FDTD ve TMM yöntemi kullanılarak farklı çaplara ve farklı gözeneklilik değerlerine sahip ince filmlerin tasarımı yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, TMM yönteminin yüksek dalga boyları için daha doğru sonuçlar verdiğini göstermiştir.

Abstract:
Photovoltaic (PV-Photovoltaics) losses caused by the reflection of the sun rays coming to the cell surface without being absorbed reduce the energy conversion efficiency obtained from PV systems. Anti-reflective coatings (ARC-Anti Reflective Coatings) should be used to reduce this energy loss and increase cell efficiency. In this study, single, double, and triple anti-reflective (AR-Anti Reflective) coating designs on silicon substrate are proposed to reduce reflections in certain wavelength ranges. The optimum thickness and refractive index of each layer were determined considering the wavelength of 680 nm, the highest photon intensity region of the solar AM1.5 spectrum. The reflection characteristics of the designed porous silicon (PS-Porous Silicon) single layer, PS/PS double-layer and PS/TiO2/PS three-layer structures were calculated with the MATLAB R2018a program using the Transfer Matrix Method, and the best results were obtained for PS/PS double-layer AR coating. In order to check the similarity of the results obtained by the Finite Difference Time Domain (FDTD) and TMM methods, thin films with different diameters and different porosity values were designed using the FDTD and TMM methods. The obtained results showed that the TMM method gives more accurate results for higher wavelengths.