Surface texturing study with aluminum induced texturing method on soda-lime glass substrates for thin film solar cells

Abstract

İnce film güneş gözesi teknolojileri ile üretilen elektriğin maliyetinin azaltılması için etkili bir ışık hapsetme senaryosunun uygulanması önemlidir. Işık hapsetme için kullanılabilecek birçok yöntem bulunmaktadır ve alüminyum ile desenleme (AIT) yöntemi bunlardan biridir. Bu tez çalışmasının amacı cam yüzeyinin AIT işlemi ile desenlemesiyle oldukça etkili ışığı hapsedici ara yüzey elde edilmesidir. Oluşan desen Al kalınlığı, tavlama sıcaklığı ve süresi, aşındırıcılar, süre gibi aşındırma koşullarına bağlı olarak değişmektedir. Işığı yüksek oranda saçıcı ara yüzeylerin elde edilmesi için birçok farklı parametre optimize edilmiştir ve desenleme mekanizmasının anlaşılması için çalışmalar yapılmıştır. Bu tez çalışmasında, 400 nm dalga boyuna sahip ışıkta, camdan geçen ışığın %50'sinin bilinen AIT yöntemi ile desenlemiş yüzeyden saçtırılabildiği gözlemlenmiştir. Bu değer, NaOH içeren yeni solüsyon ile yapılan AIT işlemiyle %80'e yaklaşmıştır. Ayrıca tavlama sürecinin modellemesi ile ilgili çalışmalar yürütülmüştür. Bunula birlikte, camın içeriğinin oluşan deseni büyük oranda etkilediği de gözlemlenmiştir. İlaveten, AIT ile oluşturulan desenlerin makro boyutlu yüzey yapıları ile birleştirilmesi ile 400 nm dalga boyunda camdan geçen ışığın yaklaşın %90'ının saçtırılabilmiştir. AIT metodunun optimizasyonuna ek olarak, desenin ince film güneş gözelerinin performansı üzerine etkisi, a-Si:H ince film ve a-Si:H güneş gözesi üretimi ile test edilmiştir.

It is essential to employ an effective light trapping scheme to decrease the cost of produced solar electricity further in thin film solar cell technologies. There are several methods that can be used for light trapping and aluminum induced texturing (AIT) is one of them. The aim of this thesis study is to obtain highly effective light trapping interface via texturing of glass surface by AIT process. The resultant texture is affected by several parameters such as Al thickness, annealing time and temperature, etching conditions like etchant type, duration etc. In order to obtain high scattering interfaces, different parameters were optimized and studies focusing on understanding of the texturing mechanism has been conducted. In this thesis, it is observed that 50% of the transmitted light can be scattered through textured surface that formed by conventional AIT process. The scattering value can be increased nearly 80% for 400 nm wavelength with newly developed solution that is based on NaOH. In addition, an attempt has been made to model the reaction mechanism during the optimization of the annealing process. The composition of the glass predominantly affecting the resultant texture is also observed. Additionally, results indicate that combination of AIT textures with macro surface structures can result with enhancement in the scattering of transmitted light by nearly 90% for 400 nm wavelength. Following the optimization studies of AIT, the effect of the texturing on the performance of thin film solar cells has been tested by deposition for a-Si:H thin films and a-Si:H solar cells.