Hidrojenlendirilmiş amorf silikon-kristal silikon heteroeklem güneş gözelerinin bilgisayar modellemesi
Computer modeling of hydrogenated amorphous silicon-crystal silicon heterojunction solar cells
Yazar: MELİS BİLGİÇ AKSARI
Danışman: PROF. DR. AYNUR ERAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Temiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells ; Heteroeklem = Heterojunction ; Modelleme = Modelling

Özet:
Hidrojenlendirilmiş amorf silikon/kristal silikon (a-Si:H/c-Si) heteroeklem güneş gözeleri düşük maliyetli ve yüksek verimli göze geliştirmek için güçlü bir adaydır. Bu tip gözeler için en yüksek verime Sanyo grubu tarafından, katkılanmamış ince tabakalı heteroeklem güneş gözesi (Heterojunction with intrinsic thin layer-HIT) modeli ile ulaşılmış ve %23 değeri elde edilmiştir. Bu sebeple bu yapıdaki güneş gözeleri konusuna ilgi günden güne artmaktadır. Fakat bu tipteki gözelerin veriminin artırılabilmesi için daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Modelleme çalışmaları güneş gözelerinin fiziğini anlamak ve farklı parametrelerin etkilerini belirlemek için uygun bir ortam sağlamaktadırlar.Bu çalışmada, a-Si:H/c-Si heteroeklem güneş gözelerinin göze başarımını (akım-gerilim karakteristikleri (kısa devre akım yoğunluğu, açık devre gerilimi, dolum çarpanı ve verim) ve iç veya dış kuantum verimi) etkileyen parametreleri belirlemek amacıyla, AFORS-HET v2.4.1 (Automat For Simulation of Heterostructures) modelleme programı kullanılarak akım-gerilm (I-V) karakterizasyon modellemesi çalışmaları yapılmıştır. Modelleme çalışmalarında temel göze yapısı olarak saydam iletken oksit (transparent conducting oxide-TCO)/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(p++)/Ag yapı kullanılmıştır. Çalışmada tüm tabakaların kalınlıklarının, c-Si(p)'deki farklı kusur düzenlenişlerinin ve kusur yoğunluklarının, a-Si:H/c-Si heteroarayüzde a-Si:H(i) tabakanın bulunmasının ve a-Si:H(p++) BSF tabakasının mobilite aralığının göze başarımına etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bunlara ek olarak, c-Si(p)'nin ışınımı alan ön yüzü ve arka yüzündeki arayüz durumları da ayrıca gözönüne alınarak etkileri incelenmiştir. Modelleme çalışmaları çinko oksit (Zinc Oxide-ZnO) ve indiyum kalay oksit (indium tin oxide-ITO) ön kontaklar için yapılmış, yüzey dokulanmasının etkisi dikkate alınmıştır. Modelleme çalışmalarında elde edilen sonuçlar literatür ile uyum içindedir.

Abstract:
The amorphous silicon/crystalline silicon (a-Si:H/c-Si) heterojunction solar cells are promising candidates for high efficient and low cost solar cells. The highest a-Si:H/c-Si heterojunction solar cell efficiency has reached is 23% by Sanyo group, with intrinsic thin layer (HIT cells). The a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells have attracted more interest by many research groups. However, further investigations are still required in understanding of device physics in order to improve conversion efficiency. Simulation studies provide a convenient way to obtain more information about device physics and to evaluate the role of various parameters in the fabrication process. In this study detailed I-V characterization simulations of heterojunction solar cells have been carried out with AFORS HET v2.4.1 (Automat For Simulation of Heterostructures), in order to get more insight into the factors determining the solar cell performance. In the simulation studies, the main cell structure has been chosen as TCO / a-Si:H (n) / a-Si:H (i) / c-Si (p) / a-Si:H (p++) / Ag. The influence of the all layer thicknesses, different defect configurations and defect concentration in c-Si (p) and the change of mobility gap for a-Si:H (p++) BSF layer have been also investigated. The effect of a-Si:H (i) layer, at a-Si:H/c-Si hetero-interface, on the cell performance was investigated in detail. Morover, the interface defects at the front and back side of the c-Si (p) absorber is also considered. Models developed with ITO and ZnO contacts and effect of the texturization is also considered.The results of these simulation studies have been found to be in good agreement with the reported studies in the literature.