CdTe/CdS güneş hücresinin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında CdTe tabanlı ince film güneş hücre yapısı üretilerek, yapısal, optik ve elektriksel özellikleri incelendi. ITO/Cam alttaş üzerine sırasıyla ZnO, CdS ve CdTe tabakaları Püskürtme Tekniği ile kaplandı. Yapı içerisinde soğurucu katman olarak yer alan CdTe için üç farklı kalınlık değerinde numune üretimi gerçekleştirildi. Bu yapılarda yüksek dirençli geçirgen (HRT) tabaka olarak ZnO tabakası kullanıldı. En yüksek dönüşüm verimliliği 1500 nm kalınlıklı CdTe güneş hücresi yapısında gözlemlendi. Aynı kaplama parametreleri kullanılarak ZnO tabakası olmadan bu yapı tekrarlandı ve etkisi incelendi. Ayrıca bu numunede CdS katmanının kalınlığının azaltılmasının cihaz parametrelerine olan etkisini belirlemek amacıyla 100 nm olan CdS kalınlığı yerine 75 nm yapılarak bir numune daha kaplandı. Elde edilen beş adet çok katmanlı ince filmler için öncelikle X-ışını kırınımı ile filmlerin kristal yapıları incelendi. Optik karakterizasyonlar için Fotoluminesans (FL), UV-Vis Spektrometresi kullanıldı. Filmlerin optik bant aralığı değerleri elde edildi ve gözlenen sonuçların uyumlu olduğu görüldü. Elektriksel karakterizasyondan önce tampon tabaka olarak MoO3 ve arka kontak olarak Au, metali Isıl Buharlaştırma Tekniği ile yapılar üzerine biriktirildi ve I-V ölçümleri gerçekleştirildi. En yüksek verimin elde edildiği yapı için kontak değişimine bağlı etkiler incelemek için Au metalinin yerine AuNiGe ve AuZn metalleri kullanılarak güneş hücresi parametreleri belirlendi. Au metali kullanılarak elde edilen 1500 nm CdTe kalınlıklı güneş hücresinin en yüksek dönüşüm verimliliğine sahip olduğu görüldü. Bu numuneye ait güneş hücresi parametreleri; açık devre gerilimi (VOC) 0,801 V, dolum faktörü (FF) %71,8, kısa devre akımı (ISC) 1,49 mA ve güç dönüşüm verimi η(%) 10,92 olarak belirlendi.

In this thesis, CdTe based thin film solar cell structure is produced and its structural, optical and electrical properties are examined. ZnO, CdS and CdTe layers were coated on ITO / Glass substrates by Sputtering Technique, respectively. Three different thickness samples were produced for CdTe which is an absorber layer in the structure. In these structures, ZnO layer was used as a high resistivity transparent (HRT) layer. The highest conversion efficiency was observed in the 1500 nm thickness CdTe solar cell structure. Using the same coating parameters, this structure was repeated without the ZnO layer and its effect was examined. In addition, in order to determine the effect of reducing the thickness of CdS layer on the parameters of this sample, another sample was coated by making 75 nm instead of 100 nm CdS thickness. For the five multi layer thin films obtained, the resulting crystal structures of films were analyzed by X-ray diffraction. Photoluminescence (PL), UV-Vis Spectrometer systems were used for optical characterizations. Optical band gap of the films were obtained and found to be compatible with the observed results each others. Before electrical characterization, MoO3 as buffer layer and Au as back contact were deposited on structures by Thermal Evaporation Technique and I-V measurements were performed. Solar cell parameters were determined by using AuNiGe and AuZn metals instead of Au metal to investigate the effects of contact change for the structure with the highest yield. It was observed that the solar cell with the thickness of 1500 nm CdTe obtained using Au metal had the highest conversion efficiency. The solar cell parameters of this sample are; open circuit voltage (VOC) was 0,801 V, filling factor (FF) was 71,8%, short circuit current (ISC) was 1,49 mA and conversion efficiency η (%) was determined as 10,92.