Nanostructure enhanced photovoltaic devices

Abstract

Verimlilik ve maliyetlerine göre kategorize edildiğinde üç ayri nesil güneş gözesinden bahsedilebilir. Bu alanda birçok inceleme ve araştırma yapılmasına rağmen sadece birinci nesil güneş gözeleri ticari olarak mevcuttur. Birinci nesil güneş gözeleri, p-n eklemleri oluşturan, fosfor ve bor ile katkılanan tek ve çoklu kristal silisyumdan oluşur. Silisyum zehirli olmayan, göreli olarak düşük fiyatlı ve doğada bol bulunan bir malzemedir, bu durum da onu mikroelektronik ve fotovoltaik endüstrisinde en çok kullanilan malzeme yapmaktadir. Genel olarak silisyum güneş gözeleri, yansımayı onleyici tabaka ve kontaklarla sandviç yapı oluşturan aktif silisyum tabakadan oluşur. Safsizlik seviyesi çok az olan göze kalitesindeki silisyum ile üretilen cihazlar yüksek verimlilik göstermektedir. Göze üretimi metalizasyon sirasindaki fırınlama işlem (900 °C) ile yansımayı onleyici kaplama sırasında yüksek vakum ve sıcaklığa (400 °C) ihtiyaç duyan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) işlemi gibi yüksek enerji gerektiren adimlardan oluşmaktadir. Ticari silisyum hücrelerin performanslarının artırılmasi ve daha ucuz malzemelerin kullanımı ile maliyetlerinin düşürülmesi gerekmektedir. Hacimli malzemeler ve ince fılmler yerine kullanilacak olan nanomalzemeler bu doğrultuda bir çözüm sunabilir ve birçok bilim insanı için bir ilham kaynağı olmuştur.Ucuz maliyetli ve cözelti esasli yöntemlerle üretilen nanotellerin ceşitli göze bileşenlerinde belirgin avantajlar sağlaması amaciyla kullanılması, bu tezin temel amacını oluşturmaktadır. Bu bağlamda birbirinden bağimsiz olarak dikey hizalanan çinko oksit nanoteller yansımayı onleyeci tabaka olarak; gümüş nanotel ince fılmler üst elektrot olarak ve dikey hizalanmış silisyum nanoteller ultra ince silisyum güneş gözelrinde aktıf tabaka olarak kullanılmıştır.

There are mainly three generations of solar cells that have been categorized by considering their efficiency and manufacturing cost. Although lots of investigations and research is going on in this field, but the first generation solar cells are most commercially available solar cells. First generation solar cells consist of single and multi-crystalline silicon (Si), which has been doped typically by phosphorus and boron in a p-n junction configuration. Si is non-toxic, relatively low cost and naturally abundant semiconducting material, which make it quite beneficial to be employed in microelectronics and photovoltaic industry. In general, Si solar cells contain, a Si active layer sandwiched with antireflection layer and metallic contacts. Solar cells fabricated from solar grade Si shows high efficiency; however, the impurity level should be kept in minimum. Moreover, cell production process consists of high energy consuming steps such as co-firing of the contacts in metallization step (900°C) and antireflective coating deposition via plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) which necessitate high temperatures (400°C) and vacuum.Improving performance of conventional Si solar cells and decreasing costs by consuming less expensive materials is an important challenge that should be overcome. Employing nanostructured materials instead of bulk or thin film components can be a promising route, which recently inspired many scientists.Nanowires that are synthesized via low-cost and solution-based methods can be utilized in any of the cell components to provide distinct advantages, which is the main theme of this thesis. In this regard, independently, vertically aligned zinc oxide nanowires are utilized as antireflection coatings, random silver nanowire networks are used as top electrodes and vertically aligned Si nanowires on ultrathin Si wafers are used as the active layer in crystal Si solar cells.