a-Si:H p-i-n Güneş Pillerinde Kalınlık, Katkılama ve Direnç Kayıplarının Fotovoltaik Performansa Etkisi
Öz
Bu çalışmada, hidrojenlenmiş amorf silikon (a-Si:H) tabanlı p-i-n güneş hücrelerinin performansı, SCAPS-1D sayısal benzetim aracı kullanılarak kapsamlı biçimde incelenmiştir. Ön kontak / p-aSi:H / i-aSi:H / n-aSi:H / arka kontak mimarisine sahip hücre yapısında, katman kalınlıkları, p- ve n-tipi katkılama yoğunlukları (NA ve ND) ile seri ve şönt dirençlerin (Rs ve Rsh) açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), doluluk faktörü (FF) ve güç dönüşüm verimi (η) üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Simülasyonlar, 300 K sabit sıcaklık ve AM1.5G güneş spektrumu altında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, intrinsik a-Si:H tabakasının kalınlığının fotogenerasyon mekanizmasını doğrudan belirlediğini ve kalınlığın 200 nm’den 600 nm’ye çıkarılmasıyla ışık soğurumu ve taşıyıcı üretiminin önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Bu artış, kısa devre akım yoğunluğunun yaklaşık 19 mA.cm⁻² seviyesine yükselmesini sağlamış; açık devre geriliminde yalnızca sınırlı bir azalma gözlenmesi sayesinde toplam güç dönüşüm verimi %9.6’ya ulaşmıştır. p- ve n-tipi a-Si:H tabakalarda katkılama yoğunluğunun 1×10¹⁹ cm⁻³ seviyesinde seçilmesi, yerleşik elektrik alanı güçlendirerek taşıyıcı ayrışmasını ve taşınımını iyileştirmiş; özellikle Voc ve FF parametrelerinde belirgin kazanımlar sağlamıştır. Buna ek olarak, seri direncin artmasının doluluk faktörü üzerinden verimliliği sınırladığı, düşük şönt direncin ise kaçak akımlar nedeniyle Voc ve FF’de ciddi kayıplara yol açtığı ortaya konmuştur. a-Si:H p-i-n güneş hücrelerinde geometrik ve katkısal parametreler arasındaki karşılıklı etkileşim ayrıntılı biçimde açıklanarak, optimize edilmiş cihaz parametreleri belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- Lin, H., Yang, M., Ru, X., Wang, G., Yin, S., Peng, F., Hong, C., Qu, M., Lu, J., Fang, L., Han, C., Procel, P., Isabella, O., Gao, P., Li, Z., & Xu, X. (2023). Silicon heterojunction solar cells with up to 26.81% efficiency achieved by electrically optimized nanocrystalline-silicon hole contact layers. Nature Energy 2023 8:8, 8(8), 789–799.
- Stuckelberger, M., Biron, R., Wyrsch, N., Haug, F. J., & Ballif, C. (2017). Review: Progress in solar cells from hydrogenated amorphous silicon. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 1497–1523.
- Yu, C., Gao, K., Wang, Q., He, C., Dong, G., Kang, Q., Peng, C. W., Mo, C., Wang, X., Zhou, J., Cao, X., Zhou, J., Yang, X., & Zhang, X. (2025). 26.6%-Efficiency Silicon Heterojunction Solar Cell with High-Quality Cerium and Hydrogen Codoped Indium Oxide Transparent Electrode. ACS Energy Letters, 10(5), 2503–2511.
- Han, Y., Li, J., Hao, S., Fo, W. Z., Cao, L., Li, M., Liu, Y., & Zhang, J. (2025). P-i-n Heterojunction Photonic Synapses with Multispectral Weak Light Modulation for Full-Color Image Recognition. Advanced Functional Materials, e12891.
- Lu, J. H., Li, Z., Zhang, D., Song, L. H., Cai, X. Y., Mao, L., Liu, Z. Q., Wang, Z. J., Gu, X. Q., & Yuan, G. D. (2024). Enhanced solar hydrogen evolution by laminated integration of n+p-SiIP/TiO2/Pt inverted pyramid black Si photocathode. Journal of Alloys and Compounds, 1009, 176796.
- Belfar, A., & Aït-Kaci, H. (2016). Back reflection and temperature effects on n-i-p-p+ amorphous and nanocrystalline silicon based solar cells performances. Optik, 127(20), 8963–8969.
- Fang, J., Chen, Z., Wang, N., Bai, L., Hou, G., Chen, X., Wei, C., Wang, G., Sun, J., Zhao, Y., & Zhang, X. (2014). Improvement in performance of hydrogenated amorphous silicon solar cells with hydrogenated intrinsic amorphous silicon oxide p/i buffer layers. Solar Energy Materials and Solar Cells, 128, 394–398.
- Hamdani, D., Prayogi, S., Cahyono, Y., Yudoyono, G., & Darminto, D. (2022). The influences of the front work function and intrinsic bilayer (i1, i2) on p-i-n based amorphous silicon solar cell’s performances: A numerical study. Cogent Engineering, 9(1).
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Malzeme Fiziği
Bölüm
Araştırma Makalesi
Yazarlar
Sinan Temel
*
0000-0002-0889-9490
Türkiye
Yayımlanma Tarihi
31 Mayıs 2026
Gönderilme Tarihi
25 Aralık 2025
Kabul Tarihi
3 Mart 2026
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2026 Cilt: 13 Sayı: 1