Development of hole transport transparent conductive electrodes for n-type crystalline silicon solar cells

Abstract

Kristal silisyum güneş gözelerinde kullanılan geleneksel İletken Saydam Elektrotlar (İSE), düşük tabaka direnci ve yüksek ışık geçirgenliği elde etmek için İndiyum Kalay Oksit'ten (ITO) üretilirler. İndiyum kaynaklarının az olması sebebi ile, ITO tabakaları güneş gözelerinin üretim maliyetlerini arttırır. Bu sebeple; Flor katkılı Kalay Oksit (FTO), Çinko Oksit (ZnO), metal nanoteller ve Oksit/Metal/Oksit (OMO) tabakaları gibi ITO'ya alternatif İSEler araştırılmaktadır. Geleneksel kristal silisyum güneş gözelerinde eklem ve arka yüzey alanı yaratmak için kullanılan katkılanmış katmanlar, parazit ışık soğurulması ve katkılama kaynaklı yük taşıyıcı birleşmesi gibi kayıplara sebep olur. Katkılanmış katmanların yerine kullanılmak için, bir tip taşıyıcıyı geçirirken diğer tip taşıyıcının geçmesini engelleyen katkısız taşıyıcı seçici kontaklar araştırılmaktadır. Bu çalışmada termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak, molibden oksit (MoOx) ve gümüş (Ag) malzemelerinden oluşan OMO katmanları, kristal silisyum güneş gözeleri için deşik seçici iletken saydam elektrot (DSİSE) tabakası olarak kullanılmak üzere üretildi. DSİSE farklı katkılama konsantrasyonuna sahip yarı-katkısız kristal silisyum alt taşlardan üretilmiş güneş gözelerinin performansları karşılaştırıldı. Optik ve elektrik özelliklerinin iyileştirilmesi için Ag kaplama hızı ve dıştaki MoOx katman kalınlıklığının optimizasyonu, iki farklı DSİSE modelinin karşılaştırması ve piramit yapılı yüzeyli ve düz yüzeyli güneş gözelerinin karşılaştırması yapıldı. Piramit yapılı yarı-katkısız bir güneş gözesinden %9.3±0.2'lik verim elde edildi. Bu çalışmanın sonuçları özellikle katkısız güneş gözesi araştırmalarında ve İSE yapısı içeren diğer fotonik uygulamalarda kullanılabilir.

Conventional transparent conductive electrodes (TCEs) used in crystal silicon (c-Si) solar cells are commonly made of indium tin oxide (ITO) which provides low sheet resistance and high transparency. However, due to indium scarcity, ITO layers increase the fabrication cost; thus, alternative TCEs, such as fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), metal nanowires and Oxide/Metal/Oxide (OMO) multilayers, are being investigated. Conventional solar cells also make use of doped layers, to create the junction and back surface field that leads to several intrinsic losses such as parasitic absorption and doping related recombination. Dopant-free carrier selective contacts, that enable one type of carrier to pass while blocking the other type, are being studied as replacements of doped layers in c-Si solar cells. In this study, OMO multilayers with molybdenum oxide (MoOx), and silver (Ag) are formed via thermal evaporation as dopant-free hole transport transparent conductive electrodes (HTTCEs) for n-type c-Si solar cells. Semi-dopant-free c-Si cells, made from wafers with different doping concentrations that utilize OMO multilayers are compared in terms of solar cell performance. Comparison of two HTTCE design, optimizations of outer MoOx layer thickness and Ag deposition rates, and comparison of pyramid textured and flat surface solar cells are performed to increase optical and electrical properties. An efficiency of 9.3 ± 0.2 % is achieved with a pyramid textured semi-dopant-free solar cell that employs HTTCE structure. Results of this study can be used in research on dopant-free solar cells and any other photonic applications that require TCE layers.