Güneş pili karakterizasyon yöntemleri
Solar cell characterization methods
Yazar: MUSTAFA BARIŞ TERCAN
Danışman: PROF.DR. ÖZCAN ÖKTÜ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells ; Karakterizasyon = Characterization ; Seri direnç = Series resistance

Özet:
IV ÖZET Çeşitli yapıda (tek kristal, polikristal ve amorf) küçük yüzeyli (< 1 cm2) güneş pilinin elektriksel ve optik özellikleri incelenmiştir. Küçük yüzeyli piller, hesap makinalannda kullanılan 4 veya 5 güneş pilinin seri bağlanmasından oluşan modüllere yeni kontaklar yapılarak ve bir büyük yüzeyli tek kristal Si güneş pilinin bir köşesi kırılarak elde edilmiştir. Bazı büyükçe yüzeyli (~8 cm2) güneş pillerinin sadece I-V karakteristikleri incelenmiştir. Genellikle, I-V eğrileri, M. Wolf ve H. Rauschenbach (1963)' in tanımladığı 3 farklı yöntemle ölçülmüştür. Bu yöntemlerle elde edilmiş I-V karakteristikleri karşılaştırılmış ve pillerin iç direnci hesaplanmıştır. I-V karakteristiğinden elde edilebilecek bütün güneş pili parametreleri: güneş pilinin verimi, 77, eğri faktörü (fiil faktör), FF, maksimum çıkış gücü, Pm, güneş pilini maksimum güç noktasında çalıştıran yük direnci, Rlm,seri direnç, Rs, şönt direnci, R^, diyot idealite faktörü, A ve ters doyum akımı, I0 hesaplanmıştır. Bu parametrelerden rj, FF, Pm ve Rlm 'un ışık şiddetine bağımlılığı incelenmiştir. İncelenen parametreler, modüllerin, seçilen tek bir hücresine aittir. Bazı modüller için, hem tek bir hücreye, hem de tüm modüle ait I-V karakteristiği aynı eksen takımı üzerine çizilmiştir. Böylece Lasnier ve Ang (1990)' in belirttiği eşdeğer güneş pillerinin seri bağlantı durumunda ortaya çıkan I-V eğrileri deneysel olarak gözlenmiştir. Küçük yüzeyli pillerin dalga boyuna bağımlı dış toplama verimi (external collection efficiency, ECE), iç toplama verimi (internal collection efficiecy, ICE) ve yansıma katsayıları ölçülmüştür. ECE, (i) güneş pilini bir pil yardımı ile ileri veya geri besleyerek ve (ii) beyaz ışıkla "besleme" yapılarak ölçülmüştür. Artan Ueri besleme gerilimleriyle M. Bernardus (1994)'un belirttiği gibi ECE' nin azaldığı gözlenmiştir. Elde edilen verilerden güneş pilinin spektral tepki eğrisindeki dalga boyu aralığına bağlı olarak; bant başında, bant ortasında ve bant sonunda seçilen 3 farklı dalga boyu için besleme gerilimi ile ICE değişimleri elde edilmiştir. Beyaz ışıkla besleme ECE verileri (ECEişik), ışık şiddetine bağımlı olarak alınarak, ışık şiddeti ile ICE değişimleri (ICEişik), bant başında, bant ortasında ve bant sonunda seçilen 3 farklı dalga boyu için çizilmiştir ve seçilen bir ışık şiddetinde değişik besleme gerilimleri için ECEişik ölçülmüştür. Hesaplamalar sonucunda, ışıkla besleme ECE eğrüerinin optik bölge sınırları arasındaki ortalamasının, ECE eğrilerinin optik bölge sınırları arasındaki ortalamasından daha küçük olduğu görülmüştür. ICEışnc'ın artan ışık şiddetiyle azaldığı gözlenmiştir. Bu durumun güneş pillerinin iç yapılarının incelenmesi sonucunda açığa kavuşacağı düşünülmektedir. Elektriksel ölçümler, bu çalışma sırasında geliştirilen bir bilgisayarlı veri alma sistemi ile (Solara olarak isimlendirdiğimiz), optik ölçümler ise bilgisayar kontrollü bir optik ölçüm düzeneği (Dece olarak isirrüendirdiğimiz) kullanılarak alınmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Güneş pili, seri direnç, güneş pili dış toplama verimi

Abstract:
ABSTRACT Electrical and optical properties of small area (< 1 cm2) solar cells were studied. The small area solar cells were obtained by making suitable new contacts to the small thin film solar cell modules used in pocket calculators or by cleaving a single crystal Si solar cell into small pieces. The larger area cells (~8 cm2) were solely studied by measuring their I-V curves. Generally, I-V curves were determined using the 3 different methods described by M. Wolf and H. Rauschenbach (1963). The I-V characteristics obtained by these three methods are compared to determine the internal resistance of the solar cell. The solar cell parameters, such as: solar cells efficiency, rj, the fill factor, FF, maximum power output, Pm, the load resistance which makes the solar cell to work at maximum output, Rlm, series resistance, Rs, shunt resistance, Rsh, diode ideality factor, A and reverse saturation current, I0 were determined from the measured I-V curves. The light intensity dependence of tj, FF, Pm and/?/m were also studied. External collection efficiency (ECE), internal collection efficiency (ICE) and reflection coefficient of the cells were measured. External collection efficiency were studied both as a function of the applied bias voltage to the terminals of the solar cell and as a function of the intensity of a white "bias" light. Applied forward bias reduces ECE, as described by M. Bernardus (1994). Using the bias voltage dependence of ECE, ICE were calculated and plotted as a function of V for the selected three wavelengths. Similar ICE calculations were performed using the white "bias" light intensity dependence of ECE measurements. Using a computerised system (called Solara), which was developed during the course of this work carried out electrical measurements. Optical data were obtained by using a computerised optical measurement system which we called Dece. KEY WORDS: Solar cell, series resistance, external collection efficiency