Kristal silisyum güneş hücreleri uygulamaları için HfOx tabanlı yansıma önleyici ve pasivasyon etkili katmanların geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada dönel kaplama yöntemi kullanılarak hafniyum oksit (HfO2) temelli ince filmler oluşturularak yansıma önleyici ve pasivasyon etkileri araştırıldı. İlk olarak HfO2 ince filmi c-Si yüzeyine kaplandıktan sonra tavlama sıcaklığının etkisini görmek için numuneler 500ºC ile 1000ºC aralığında tavlandı. XRD sonuçlarına göre 500ºC'nin üzerindeki tavlama sıcaklıklarında filmlerin monoklinik fazda kristalleştiği görüldü. Yansıma ölçümlerinden, 700°C'de tavlamadan sonra 71.36 nm kalınlığındaki HfO2 film ile ortalama %10.87 yansıtma elde edildi. Ayrıca elipsometre ölçümleri sonucunda, filmlerin 600 nm'de 1.934'lik kırılma indisine sahip olduğu ve tavlama sıcaklığının 800°C'ye yükselmesi durumunda kırılma indisinin 2.05 yükseldiği görüldü. Daha sonra çift katmanlı ve HfO2-SiO2 karışımı ince filmler elde etmek için SiO2 ince film optimizasyonu gerçekleştirildi. HfO2-SiO2(1:1) filmleri büyütülerek yansıma önleyici ve pasivasyon etkileri araştırıldı. Hazırlanan HfO2-SiO2(1:1) ince filmlerine ait minimum ve ortalama yansıma değerleri sırasıyla %4.30 ve %14.68 olarak elde edildi. HfO2-SiO2(1:1) filmlerine ait efektif taşıyıcı yaşam süreleri, 600°C'de tavlandıktan sonra 2 μs'lik kaplanmamış silisyumun taşıyıcı yaşam süresine kıyasla 32 μs'ye yükseldiği görüldü. Daha yüksek tavlama sıcaklıklarda taşıyıcı yaşam süresinin önemli ölçüde bozulduğu (700°C ve 800°C için sırasıyla 8.9 ve 0.6 μs'ye kadar) görüldü. Son olarak deneysel ortalama yansıma değerlerinin Afors-Het yazılımıyla c-Si güneş hücrelerine yansıma önleyici (YÖ) katman olarak uygulanması sonucunda yansıma önleyici kaplamasız güneş hücresinin güç dönüşüm verimi (PCE) %11.68 olarak belirlenirken, yüksek molariteli (0.4M) HfO2 ile kaplanmış güneş hücresinin verimi %17.58 olarak elde edildi. Yüksek molariteli HfO2 ince filminin uygulandığı güneş hücresi için kısa devre akım yoğunluğunun (Jsc) 20.87'den 31.27 mA/cm2'ye ve açık devre voltajının (Voc) 685.10'dan 696.10 mV'ye yükseltilmesi sonucu yaklaşık olarak %6 verim artışı sağlandı.