Silisyum Güneş Hücrelerinin Veriminin Üstçevrim ile Artırılması için Çift Dalgaboyunda Yansıma Yapabilen Dağılımlı Bragg Yansıtıcı Tasarımı ve Üretimi

Yıl 2020, Cilt: 35 Sayı: 3, 2 - 11, 04.01.2020

Mehmet Koç İlker Yıldız Selçuk Yerci

Öz

Tek eklemli güneş hücrelerinde iki temel enerji kaybı vardır. Bunlardan birincisi bant aralığından düşük enerjili fotonların soğurulamaması; ikincisi, bant aralığından daha yüksek enerjiye sahip fotonların ürettiği elektron-deşik çiftlerinin enerjisinin bant aralığı seviyesindeki bir enerji değerine ısı yayarak düşmeleridir. Güneş hücrelerinin temel kayıplarının azaltılması, tayfın yeniden şekillendirilmesi ile gerçekleştirilebilir. Bu işlem, yüksek enerjili fotonların iki veya daha fazla daha düşük enerjili fotona dönüştürülmesi (alt-çevrim) veya enerjisi soğurucu malzeme bant aralığından küçük olduğu için soğrulamayacak olan iki veya daha fazla fotonun, enerjisi bant aralığından daha fazla olan bir fotona dönüştürülmesi (üst-çevrim) ile gerçekleşir. Bu çalışmada silisyum güneş hücrelerinde kullanılmak üzere, dağılımlı Bragg yansıtıcı yapısı erbiyum iyonlarının temel emisyon ve birinci üst-çevrim bantlarındaki ışığın silisyum güneş hücresine geri yansıması için tasarlanmış ve üretilmiştir. Toplam 5 adet amorf silisyum ve silisyum dioksit çiftine sahip olan bu yapı ile 980 nm dalgaboyu civarında %90 ve 1550 nm dalgaboyu civarında ise %95’in üzerinde yansıma elde edilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen dağılımlı Bragg yansıtıcı yapısı silisyum güneş hücrelerinin verimini artırmak için maliyet etkin bir yaklaşımdır.

Anahtar Kelimeler

fotonik üst çevrim, güneş hücreleri, dağılımlı Bragg yansıtıcı

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

116F104

Kaynakça

• Neuhaus, D.-H. ve Munzer, A., (2007), Advances in OptoElectronics, 24521(1-15). Green, M.A, Emery, K., Hishikawa, Warta, W. ve Dunlop, E.D., (2013), Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 21, 1-11. Green, M., (2007), Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 18, 15-19. Badescu, V., (2008), Journal of Applied Physics, 104, 113120(1-10). de Wild, J., Meijerink, A., Rath, J.K., van Sark, W. ve Schropp, R.E.I., (2011), Energy & Environmental Science, 4, 4835-4848. Lahoz, F., Perez-Rodriguez, C., Hernandez, S. E., Martin, I. R., Lavin, V. ve Rodriguez-Mendoza, U. R., (2011), Solar Energy Materials and Solar Cells, 95, 1671-1677. Strümpel, C., McCann, M., Beaucarne, G., Arkhipov, V., Slaoui, A., Scrcek, V., del Canizo, C. ve Tobias, I., (2007), Solar Energy Materials and Solar Cells, 91, 238-249. van Sark, W.G.J.H.M., de Wild, J. Rath, J.K., Maijerink, A. ve El Schropp, R., (2013), Nanoscale Research Letters, 8, 1-10. van der Ende, B.M., Aarts, L. ve Meijerink A., (2009), Physical Chemistry Chemical Physics, 11, 11081-11095. Trupke, T., Green, M.A. ve Würfel, P., (2002), Journal of Applied Physics, 92, 4117-4122. Johnson, C.M., Sanghun, W. ve Conibeer, G.J., (2014), IEEE Journal of Photovoltaics, 4, 799-806. Fischer, S., Goldschmidt, J.C., Loper, P., Bauer, G.H., Bruggemann, R., Kramer, K.W., Biner, D., Hermle, M., Glunz, S.W., (2010), Journal of Applied Physics, 108, 044912(1-11). Gong, Y., Makarova, M., Yerci, S., Li, R., Stevens, M.J., Baek, B., Nam, S.W., Hadfield, R.H., Dorenbos, S.N., Zwiller, V., Vučković, J. ve Dal Negro, L., (2010), Optics Express, 18, 2601-261. Yerci, S., Li, R. ve Dal Negro, L., (2010), Applied Physics Letters, 97, 081109(1-3). Boccolini, A., Faoro, R., Favilla, E., Veronesi. ve Tonelli, M., (2013), Journal of Applied Physics, 114, 064904. Ting, C.-C., Chiu, Y-S., Chang, C-W. ve Chuang, L-C., (2011), Journal of Solid State Chemistry, 184, 563-571. Martín-Rodríguez, R., Fischer, S., Ivaturi, A. Froehlich, B., Kramer, K.W., Goldschmidt, J.C., Richards, B.S. ve Meijerink, A., (2013), Chemistry of Materials, 25, 1912-1921. Huang, W., Lu, C., Jiang, C., Wang, W., Song, J., Ni, Y. ve Xu, Z., (2012), Journal of Colloid and Interface Science, 376, 34-39. Peng, D., Xusheng, W., Xi, Y., Xu, C-N. ve Jian, L., (2012), Journal of Applied Physics, 111, 104111(1-5). Ayvacıklı, M., Ege, A., Yerci, S. ve Can, N., (2011), Journal of Luminescence, 131, 2432-2439. Ivanova, S. ve Pellé, F., (2009), Journal of the Optical Society of America B, 26, 1930-1938. Chen, G., Ohulchanskyy, T.Y., Kachynski, A., Agren, H. ve Prasad, P.N., (2011), ACS Nano, 5, 4981-4986. Bradley, J.D., Stoffer, R., Agazzi, L., Ay, F., Worhoff, K. ve Pollnau, M., (2010), Optics Letters, 35, 73-75. Richards, B.S. ve Shalav, A., (2007), IEEE Transactions on Electron Devices, 54, 2679-2684. Fischer, S., Martín-Rodríguez, R., Froehlich, B., Kramer, K.W., Meijerink, A. ve Goldschmidt, J.C., (2014), Journal of Luminescence, 153, 281-287. Fischer, S., Froehlich, B., Steinkemper, H., Kramer, K.W. ve Goldschmidt, J.C., (2014), Solar Energy Materials and Solar Cells, 122, 197-207. Goldschmidt, J.C., Fischer, S., Loper, P., Kramer, K.W. Biner, D., Hermle, M. ve Glunz, S.W., (2011), Solar Energy Materials and Solar Cells, 95, 1960-1963. MacDougall, S.K.W., Ivaturi, A., Marques-Hueso, J., Kramer, K.W. ve Richards, B.S. (2012), Optics Express, 20, A879-A887. Fischer, S., Ivaturi, A. Froehlich, B., Rudier, M., Richter, A., Kramer, K.W., Richards, B.S. ve Goldschmidt, J.C., (2014), IEEE Journal of Photovoltaics, 4, 183-189. de Wild, J., Duindam., T.F., Rath, J.K., Maijerink, A., van Sark, W.G.J.H.M. ve Schropp, R.E.I., (2013), IEEE Journal of Photovoltaics, 3, 17-21. Fischer, S., Favilla, E., Tonelli, M. ve Goldschmidt, J.C., (2015), Solar Energy Materials and Solar Cells, 136, 127-134. Goldschmidt, J.C., Fischer, S., Steinkemper, H., Hellermann, F., von Plesses, G., Kramer, K.W., Biner, D. ve Hermle, M., (2012), IEEE Journal of Photovoltaics, 2, 134-140. Bao, J., Yu, N., Capasso, F., Mates, T., Troccoli, M. ve Belyanin, A., (2007), Applied Physics Letters, 91, 131103(1-3). Gong, Y., Yerci, S., Li, R., Dal Negro, L. ve Vuckovic, J., (2009), Optics Express, 17, 20642-20650. Gopinath, A., Boriskina, S.V., Yerci, S., Li., R. ve Dal Negro, L., (2010), Applied Physics Letters, 96, 071113(1-3). Gong, Y., Makarova, M., Yerci, S., Li., R., Stevens, M.J., Baek, B., Nam, W., Dal Negro, L. ve Vuckovic, J., (2010), Optics Express, 18, 13863-13873. Trevino, J., Forestiere, C., Di Martino, G., Yerci, S., Priolo, F. ve Dal Negro, L., (2012), Optics Express, 20, A418-A430. Biteen, J.S., Pacifici, D., Lewis, N.S. ve Atwater, H.A., (2005), Nano Letters, 5, 1768-1773. Fischer, S., Hellermann, F., Eichelkraut, T., von Plessen, G., Kramer, K.W., Biner, D., Steinkemper, H., Hermle, M. ve Goldschmidt, J.C., (2012), Optics Express, 20, 271-282. Johnson, C.M., Reece, P.J. ve Conibeer, G., (2013), Solar Energy Materials and Solar Cells, 112, 168-181. Niu, W., Su, L.T., Chen, R., Chen, H., Wang, Y., Palaniappan, A., Sun, H. ve Tok, A.L.Y., (2014), Nanoscale, 6, 817-824. Goldschmidt, J.C., Fischer, S., Loper, P., Peters, I.M., Steidl, L., Hermle, M. ve Glunz, S.W., (2014), Photonics for Solar Energy Systems V; 91400G. Herter, B., Wolf, S., Fisher, S., Gutmann, J., Blasi, B. ve Goldschmidt, J.C., (2013), Optics Express, 21, A883-A900. Rigneault, H., Amra, C., Robert, S., Begon, C., Lamarque, F., Jacquier, B., Moretti, P., Jurdyc, A.M. ve Belarouci, A., (1999), Optical Materials, 11, 167-180. Peters, M., Goldschmidt, J.C., Loper, P., Gros, Bernhard, Upping, J., Dimroth, F., Wehrspohn, R.B. ve Blasi, B., (2010), Energies, 3, 171-193. Olaosebikan, D., Yerci, S., Gondarenko, A., Preston, K., Li, R., Dal Negro, L. ve Lipson, M., (2011), Optics Letters, 36, 4-6.