Güneş pili uygulamaları için epitaksiyel gaas ince filmlerin kaldırılması ve esnek tabanlara nakli

Abstract

Epitaksiyel film kaldırma (EFK) yöntemi son zamanlarda GaAs tabanlı III-V grubugeniş alan güneş pili/hücresi uygulamaları için maliyet etkin yenilikçi bir teknoloji olarakilgi çekmeye başlamıştır. EFK yöntemi, epitaksiyel olarak büyütülen III-V grubu incefilm elektronik/optoelektronik aygıt yapılarının üzerine büyütüldükleri pahalı alttaştanayrılmasına, alttaşın yeniden büyütme işlemi için kullanılmasına izin veren ve aktif aygıtyapısının ucuz taşıyıcılara (esnek plastikler, Si alttaş, cam vs.) aktarılmasını sağlayanteknik bir yaklaşımdır.Bu tez çalışmasında, güneş pili uygulamaları için moleküler demet epitaksi (MBE)yöntemiyle GaAs alttaş üzerine büyütülen GaAs ince filmlerin EFK yöntemiylekaldırılması esnek plastik tabanlara nakli gerçekleştirildi. Yapılan EFK geliştirme veiyileştirme süreçleri sonrasında yaklaşık 30 mm/saat kaldırma hızında ve 3 inç tam alttaşbüyüklüğünde GaAs ince filmler kaldırılarak esnek taşıyıcıya başarıyla nakledildi. EFKtekniği pratik uygulama olarak; tasarlanıp büyütülen esnek ince film GaAs tabanlı güneşpili yapılarına uygulandı. Fabrikasyonu yapılan pillerin enerji dönüşüm verimliliği vekuvantum verimlilik değerleri ölçüm standartlarına uygun olarak ölçüldü. Yapılanölçümler sonucunda plastiğe nakledilen esnek ince film GaAs pillerden %18,78, alttaştabanlı üretilen referans GaAs pillerden ise %22,03 enerji dönüşüm verimlilik değerlerineulaşıldı.

Epitaxial lift-off (ELO) method has recently gained interest as a cost-effectiveinnovative technology for the GaAs-based III-V group large area solar cell applications.The ELO method allows the separation and transferring onto the new cheap carriers(flexible plastics, Si susbtrate, glass etc.) of epitaxially grown III-V group semiconductorthin film electronic/optoelectronic device structures from the very expensive substrates.After the exfoliation and transfer of epitaxially grown active film, the substrate can beused for another consequtive epitaxial growth.In this thesis study, GaAs thin films grown by molecular beam epitaxy on GaAssusbstrates were lifted off and transferred onto the flexible plastic carriers for solar cellapplications. After the development and improvement in ELO processes, thin films with3 inch in size were transferred to the flexible carriers with a lift off speed of approximately30 mm/h. As a practical appication; ELO technique was applied to the designed thin filmGaAs solar cell structures which were grown by MBE method. The energy conversionand quantum efficiency values of the manufactured cells were measured in accordancewith the measurement standards. As a result of the measurements; energy conversionefficiency values of 18.78% and 22.03% were achieved for flexible thin film GaAs cellsand susbstrate based reference GaAs cells respectively.