Yüksek verimli ince film güneş hücresi uygulamaları için GaAs epikatmanların si alttaş üzerine büyütülmesi
Growth of GaAs epilayers on si substrate for high efficiency thin film solar cell application
Yazar: MUHAMMED AKTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KULAKCI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kristal büyütme = Crystal growth ; Kristal büyütme yöntemleri = Crystal growth methods ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Günümüzde GaAs alttaşların tekrar tekrar kullanımına izin veren epitaksiyel film kaldırma (EFK) yöntemine dayalı GaAs tabanlı III-V grubu yarıiletken güneş hücresi teknolojisi fotovoltaik alanında oldukça dikkat çekmektedir. Bu hücre teknolojisi yüksek verimli III-V grubu hücrelerin üretim maliyetini asgari seviyeye indirirken, esnekliği ve hafifliğinin getirdiği işlevsellikler sayesinde birçok pratik uygulama alanında geniş bir kullanım ve yaygınlaşma potansiyeli sunmaktadır.
Bu tez çalışmasında GaAs tabanlı III-V grubu esnek ince film güneş hücrelerinin maliyetini çok daha düşük seviyelere çekebilmek için bu hücre teknolojisinin pahalı GaAs alttaş yerine ucuz ve gelişmiş Si alttaşlar üzerinden geliştirilmesi amaçlanmıştır. Si üzerine kaliteli heteroepitaksiyel büyütme yapabilmek için 3 farklı yapıda kusur azaltıcı tampon katmanlar tasarlanmıştır. Bunlar; kuantum nokta, gergin katmanlı süperörgü ve termal döngüde farklı büyütme sıcaklılarında büyütülmüş GaAs yaklaşımlarıdır. Tasarlanan esnek ince film GaAs güneş hücreleri yapıları bu tampon katmanlar kullanılarak Si alttaşlar üzerine moleküler demet epitaksiyel büyütme sistemi kullanılarak büyütülmüştür. Tampon tabakaların ve güneş hücrelerinin optiksel ve yapısal karakterizasyonları film kaldırma işlemi öncesi ve sonrasında yapılarak aktif hücre epikatman filmlerin kalite ve kusur yoğunluğu analizleri yapılmıştır. EFK yöntemiyle esnek ince film GaAs güneş hücrelerinin ilk defa Si alttaşlar üzerinden fabrikasyonu yapılmış ve test edilmiştir.

Abstract:
Today, GaAs-based III-V group semiconductor solar cell technology based on epitaxial film lift -off (ELO) method, which allows the repeated use of GaAs substrates for sequential growth, draws a significant in photovoltaic area. While this cell technology minimizes the production cost of highly efficient III-V group cells, it offers a wide usage and widespread potential in many practical applications due to the functionalities brought by its flexibility and lightweightness.
In this thesis, to make substantial decrease in GaAs based flexible thin film group III-V solar cell costs, these cell technologies have been aimed to developed over the matured and cheap Si substrates instead of over expensive GaAs substrates. Three different dislocation filters were designed and tested to achieve high quality heteroepitaxial growth on Si: Quantum dot, strained layer superlattice and growth at different temperature in thermal cycle. The designed flexible thin film GaAs solar cell structures were grown with these buffer layers on Si substrates using molecular beam epitaxial (MBE) system. Optical and structural characterizations of buffer layers and solar cell structures were performed before and after thin film lift-off process, and quality and defect density analysis of active cell epitaxial films were done. Using ELO method, flexible thin film GaAs solar cells were fabricated and tested for the first time over Si substrates