Silisyum Güneş Hücreleri Veriminin Üst-Çevrim ile Artırılması için Çift Dalga Boyunda Yansıma Yapabilen Dağılımlı Bragg Yansıtıcı Tasarımı ve Üretimi

Design and Fabrication of Distributed Bragg Reflector Capable of Reflecting at Two Distinct Wavelengths for Enhancing Silicon Solar Cell Efficiency by Upconversion

Özet

Tek eklemli güneş hücrelerinde iki temel enerji kaybı vardır. Bunlardan birincisibant aralığından düşük enerjili fotonların soğrulamaması; ikincisi, bant aralığındandaha yüksek enerjiye sahip fotonların ürettiği elektron-deşik çiftlerinin enerjisininbant aralığı seviyesindeki bir enerji değerine ısı yayarak düşmeleridir. Güneşhücrelerindeki temel kayıpların azaltılması, tayfın yeniden şekillendirilmesi ilegerçekleştirilebilir. Bu işlem, yüksek enerjili fotonların iki veya daha fazla daha düşükenerjili fotona dönüştürülmesi (alt-çevrim) veya enerjisi soğurucu malzeme bantaralığından küçük olduğu için soğrulamayacak olan iki veya daha fazla fotonun,enerjisi bant aralığından daha fazla olan bir fotona dönüştürülmesi (üst-çevrim) ilegerçekleşir. Bu çalışmada silisyum güneş hücrelerinde kullanılmak üzere, dağılımlıBragg yansıtıcı yapısı erbiyum iyonlarının temel emisyon ve birinci üst-çevrimbantlarındaki ışığın silisyum güneş hücresine geri yansıması için tasarlanmış veüretilmiştir. Toplam 5 adet amorf silisyum ve silisyum dioksit çiftine sahip olan buyapı ile 980 nm dalga boyu civarında %90 ve 1550 nm dalga boyu civarında ise%95’in üzerinde yansıma elde edilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen dağılımlı Braggyansıtıcı yapısı silisyum güneş hücrelerinin verimini artırmak için maliyet etkin biryaklaşımdır.

Abstract

Solar cells made of single band gap material suffer from two fundamental losses: (1) non-absorbed photons with energies below the band gap of the absorber, and (2) thermalization losses due to the absorption of photons with energies wellabove the band gap of the absorber. These fundamental losses can be reduced by spectrum reshaping in which a high energy photon can be converted to two or multiple lower energy photons (i.e. down-conversion) and/or two or more low energy photons can be converted to a high energy photon (i.e. up-conversion). In this study, a distributed Bragg reflector is designed and fabricated to reflect the light originated from the fundamental and first excited states of erbium ions back into silicon solar cells. The reflector has a total of 5 amorphous silicon and silicon dioxide stacks, and capable of reflecting around 90% near a wavelength of 980 nm and above 95% near a wavelength of 1550 nm. The distributed Bragg reflector structure developed in this study provides a cost-effective approach to boost the efficiency of silicon solar cells.