Kuantum Nokta Ara Bant Oluşumlu Güneş Hücresinin Büyütülmesi, Fabrikasyonu ve Karakterizasyonu

Abstract

Katmanlar arasında sıkıştırılmış kendinden oluşumlu InAs kuantum noktalar n- üzeri p-GaAs tek eklem güneş hücresinin taban kısmına yakın bir bölgesinde sentezlenmiştir. Güneş hücresi yapısı p-tipi GaAs alttaş üzerine epi-katman olarak moleküler demet epitaksi yöntemiyle büyütülmüştür. Kuantum nokta içeren katmanlar, 15 tekrar olarak 25 nm kalınlığındaki GaAs örtü-katmanları arasına 2,7 tek-katman (ML) InAs büyütülerek oluşturulmuştur. 490 oC'de büyütülen InAs/GaAs ara-bant katmanlar dışında güneş hücresi yapısı 580 oC'de büyütülmüştür. Karşılaştırma yapabilmek adına ayrıca InAs kuantum nokta içermeyen bir referans örneği de büyütülmüştür. Büyütülen güneş hücresi yapıları aygıt haline getirilmiş ve opto-elektronik verimliliklerinin belirlenebilmesi için AM 1.5G güneş spektrumu altında ölçümler yapılmıştır. InAs kuantum noktaların, güneş hücresinin optik performansının üzerindeki etkisinin incelenebilmesi için, sonuçları destekleyici nitelikte, fotolüminesans ölçümleri de gerçekleştirilmiştir. Akımgerilim ölçümlerinden elde edilen güneş hücresi parametreleri, kuantum noktalı ara-bant güneş hücresinin veriminin referans örneğine göre daha iyi olduğunu ortaya koymuştur. Güneş hücrelerinin şant direncinin aynı çıkması, hücreler arasındaki verimlilik farkının aygıt üretim sürecine değil, aygıtın içsel özelliklerine bağlı olduğunu göstermektedir.

Stacked layers of self-assembled InAs quantum dots were synthesized within the base region close to the back surface field of GaAs single junction n- on p- solar cell. The solar cell structure was grown epitaxially on p-type GaAs substrate by using molecular beam epitaxy technique. Quantum dot layers with 15 periods were grown by growing 2.7 monolayers (ML) of InAs and each layer were capped with 25 nm GaAs. Except InAs/GaAs intermediate band layers which were grown at a substrate temperature of 490 oC, solar cell structure was grown at 580 oC. For comparison, a reference structure was also grown without InAs quantum dots. Solar cell devices were fabricated and measured under AM 1.5G solar spectrum to evaluate and compare opto-electronic performances of each structure. Corroborative photo luminescence measurements were also performed to draw out the effects of InAs quantum dots in the optical performance of cells. Extracted parameters of solar cells from the current-voltage measurements revealed that, the quantum dot intermediate band solar cell exhibits better performance compare to the reference one. For both cell structures shunt resistances are same, which indicates that the difference in efficiency is due to the intrinsic property of devices other than fabrication processes.