MAKALE Sun yoğunlaştırıcı (karasal güneş ışık şiddetinin 100 katı) altında GaAs/GaSb çok-eklemli (stacked) pillerde elde edilmiştir. Yüksek pertormans ve yüksek güvenilirlikli güneş pilleri için en yaygın olarak tek kristal silikon materyali kullanılır. Uzay uygulamaları için daha çok bu materyalden yapılan fotovoltaik sistemler tercih edilir. Ancak tek kristal üretimi için kullanılan yöntemler (Czochralski veya float cone) çok pahalıdır. Biraz daha az pahalı olan polikristal silikon güneş pillerinde ise verim % 18 civarındadır. Güneş pillerinin karasal (terrestrial) uygulamaları iki şekilde karşımıza çıkmaktadır: (i) geniş-yüzeyli ince film güneş pilleri, (ii) yoğunlaştırıcı sistem kullanan tek kristal piller. İnce film durumunda, maliyet nispeten düşük ve üretim kolay, ancak verim düşük; yoğunlaştırıcı sistem kullanımı durumunda ise, pahalı tek kristal güneş pili üretimi, fakat daha yüksek ışık şiddeti altında daha yüksek enerji dönüşüm verimi söz konusudur. İnce film güneş pillerinde, ışık absorplayıcı katman kalınlığı kullanılan materyalin optiksel absorpsiyon uzunluğundan birkaç kat fazla olması nedeniyle, direkt-band aralıklı güneş pilleri çok ince, genellikle birkaç mikron kalınlıkta yapılabilmektedir. Bu da pil yapımında daha az materyal kullanımı gerektireceğinden, maliyeti düşürmektedir. Ayrıca ince film güneş pilleri, geniş tabanlara depo edilebilmekte ve dolayısıyla üretim sürekliliği sağlanmaktadır. İnce film güneş pilleri, Cu2S/CdS, Si, CulnSe2, Cu(lnGA)Se2 ve CdTe gibi materyallerden üretilebilmektedir. Verim arttırma çalışmaları yoğun bir şekilde sürmektedir[3). Hidrojenlenmiş amort silikon (a-Si:H) kökenli ince film güneş pilleri, ilk olarak 1970'1i yılların ortalarında rapor edildi. O yıllardan beri, teknik ilgi görmesinden dolayı yoğun araştırma konusu olmuştur. Bu tip güneş pilleri, genellikle SiH4 (silane)'in GDD (Glow Discharge Decomposition) yöntemiyle çökertilmesi sonucu elde edilmektedir. Gerçekte saf silikon fazla kusur (defects) içerdiğinden, iletkenden çok yalıtkan özellik gösterir. Ancak araştırmalar göstermiştir ki, bu kusurların bir kısmı amort silikon hidrojenlenerek giderilebilir ve dolayısıyla katkılanarak iletkenliği arttırılabilir. A-Si:H, amort yapısı nedeniyle optiksel olarak yüksek absorplama özelliğine sahiptir. Üretimi, kristal yapıya göre nispeten daha kolay ve geniş 1 16 Tesisat Dergisi Sayı 179 - Kasım 2010 alanlı, dolayısıyla maliyeti de daha ucuzdur. Sisteme modifikasyonu kolaydır. Amori silikon güneş pilinin en yaygın olarak kullanılanı, cam taban (substrate) üzerine p-i-n yapıdaki fabrikasyonudur. Bu tip güneş pili, genellikle soda-kireç-silikat (soda-lime-silicate) cam taban üzerine önce ince bir silikon dioksit tampon tabakası, sonra da kalay oksittabakası depo edilerek imal edilir. Görünür dalga boyundaki ışığın tuzaklanımını arttırmak için, çoğu kez kalay oksit pürüzlendirilir (textured). Bu nedenle güneş pili karanlık görünür. Genellikle p-katmanı, Bor ile katkılanmış bir a-SiC:H alaşımıdır. Katkısız olan i-katmanı ise, tipik olarak yaklaşık 250-500 nm kalınlığında olup, ışık altında katkısız davranışı garantiye almak amacıyla çoğu kez az bir miktar Bor içerir. Yaklaşık 20-30 nm kalınlıkta olan n-katmanı ise, fosfor katkılanmış a-Si:H den yapılmıştır. Bu tip güneş pillerinin ışığı elektrik enerjisine dönüştürme verimi için, laboratuvar koşullarında %15'e varan verim rapor edilebilmiştir [4]. A-Si:H p-i-n güneş pillerinde verimi, dolayısıyla pil kalitesini etkileyen önemli bir sorun mevcuttur. Staebler-Wronski etkisi olarak da bilinen bu surun şudur: ışığa maruz bırakıldığında pillerin veriminde zamanla azalma gözlenmesidir. Deşiklerin (holes) tuzaklanması gibi, ışıkla üretilmiş taşıyıcıların rekombinasyonu, enerji aralığının ortasına yakın seviyelerde ara durum sarkık-bağ seviyeleri yaratır. Bu da, diffüzyon uzunluğunu azaltır, fakat i-katmanındaki uzay yük yoğunluğunu arttırır. Dolaysıyla her iki etki birden, güneş pilinin pertormansını azaltır. Eğer güneş pili uzun süre karanlığa bırakılırsa, ışığa maruz kalmadan önceki durumuna geri döner. Bir başka deyişle, eğer güneş pilinin maruz kaldığı ışık şiddeti artarsa, veriminde ve dolayısıyla performansında azalma gözlenir; karanlıkta pilin sıcaklığının yükseltilmesi ise, zararın giderilmesine, yani pilin önceki halini geri almasına sebep olur. A-Si:H p-i-n güneş pilleri, diğer güneş pilleri ile karşılaştırıldığında şu an için ekonomik rekabet gücü en yüksek olanıdır. Bu pillerin verimini yükseltme çabaları günümüzde yoğun bir şekilde sürmektedir. Pillerin verimi ve dolayısıyla kalitesi, büyük ölçüde pillerin pertormans değerlerinin iyileştirilmesine bağlıdır. Biz bu çalışmamızda, a-Si:H p-i-n güneş pilinde, ışık altında farklı sıcaklıklarda elde ettiğimiz J-V karakteristik eğrilerinden güneş pili çıkış parametreleri olan kısa devre akımı Jsc, açık devre gerilimi Voc, dolum faktörü FF, ve verimi 17 'yı hesapladık. Bunların sıcaklığa bağımlılığını detaylı inceledik ve mevcut modeller ışığında sonuçlarımızı yorumladık. 2. Güneş Pili Çıkış Parametreleri Bir güneş pilinin çıkışı, genellikle aşağıda verilen 4 parametre ile tanımlanır: (i) Kısa devre akım yoğunluğu, Jsc (ii) Açık devre gerilimi, Voc (iii) Dolum (Fili) faktörü, FF (iv) Güneş pili verimi, 17. Bu parametreler, aşağıdaki Şekil l'de gösterilmiştir. J (rıWcın� V(YIX!s) u,.,v .) Maksimum güç-• Şekil 1. Güneş pili çıkış parametreleri ıo,v.ı Aı,kde,,e voltaj rıoktası İdeal olarak kısa devre akım yoğunluğu Jsc, sıfır volt besiem altında (V=O) ışıkla üretilmiş fotoakım yoğunluğu değerine, yani JL ye eşittir. Spektrumu bilinen bir ışık kaynağı altında, özel bir güneş pili için, pilin spektral fototepkisi, J,c = f ıı(E) x QE(E) dE (1) ile verilir. Burada QE(E), dış (external) kuvantum verimi; n(E) ise, birim zaman ve birim alan başına enerji aralığındaki (E, E+dE) var olan fotonların sayısıdır. Bu fotonlann sayısı, yani n(E). ı ı (E) =[(27 !)/(c'h3)} [E'lexp(ElkT)-l} (2) şeklinde tanımlanır. Burada c ışığın boşluktaki hızını, h planck sabitini, k Boltzmann sabitini, T de sıcaklığı göstermektedir. Standart bir diyod denkleminden, J = JO [exp(qV/AkT)-1)-Jsc (3) yazabiliriz. Burada JO ön faktörü (akım için), q temel elektronik yükü, V uygulanan gerilimi, A diyod kalite faktörünü, Jsc de daha önce tanımlanan kısa-devre akımını göstermektedir. J= O da, açık devre gerilimi için, Voc = (AkT/q) in (Jsc I JO + /) (4) elde ederiz.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=