07 Şubat 2010
Posted in solar hücre
Solar hücre yüzeylerinde seçici emitörler oluşturmak onlarca yıllık geçmişi olan eski bir teknolojidir. Güneş enerjisi hücrelerinde elektron hasadını arttırmak ve metal yüzeylere daha iyi kontaklar sağlamak amacıyla kontakların hemen altına yüksek yoğunluklu fosfor difüzyonu yapılır, kontakların bulunmadığı açık alanın hemen altına da düşük yoğunluklu fosfor konsantrasyonu yerleştirilir. Dünyanın farklı bölgelerindeki bir çok araştırmacı bu teknolojiyi daha basit, maliyet etkin ve verimli hale getirmek için çaba sarf etmektedir. Sonuç? Literatürde ondan fazla metot vardır ve hepsi de bir noktada birleşmektedir: Seçici emitörler (selective emitter).
Seçici emitörlerin oluşturulmasında en kritik aşama metalik kontakların hücrenin yüksek miktarlarda katkılandırılmış alanlarına dizilmesidir. Bu işlem de film baskı cihazlarının seçici emitör solar hücrelerinin üretilmesinde neden bu kadar önemli rol oynadığını açıklar. Hücrenin farklı noktalarını farklı oranlarda katkılandırabilmek teknolojinin başarısını direkt olarak etkiler. Bu makalenin devamında ve konuyla ilgili gelecek yazılarımızda seçici emitör solar hücreler oluşturmanın farklı metotlarından bahsedeceğiz.
Çifte Difüzyon
Seçici emitör yaklaşımı başlangıçta kontak metallerini hücrenin yüksek derecede katkılandırılmış bölgelerine çok düzenli bir şekilde dizmek için bir çok fotolitografik aşamaya başvurarak rekor verimde hücreler üretmek üzere kullanılmıştır. Fotolitografi basamakları serisine, farklı katkılandırma miktarlarının elde edilmesi amacıyla hücrenin farklı bölgelerinin maskelenmesi için başvurulmuştur. New South Wales Üniversitesi (UNSW) tarafından geliştirilen PERC ve PERL hücre tasarımları bu teknolojinin belki de en başarılı örnekleriydi. Bu solar hücreler difüzyon aşamasından iki kez geçirilmişlerdir.
Az sayıda fotolitografi basmağına başvuran daha basit bir sistemde ilk önce solar hücrenin ön yüzeyinin tamamı maskelenir. Ardından fotolitografi yöntemiyle kontak oyukları açılır. Difüzyon tamamlandıktan sonra kontakların yerleştirildiği oyuklarda yüksek katkılandırma seviyelerine ulaşılır. Bu işlemin sonrasında maskeleme katmanı tamamen aşındırılır ve solar hücre yüzeyinin tamamı daha düşük bir katkı seviyesi ile yeniden difüzyon işlemine tabi tutulur. Böylece yüzeyin kontaklar dışında kalan kısmının yüzeysel ve düşük bir şekilde katkılandırılması sağlanır.
Almanya merkezli kimya firması Merck KGaA bu süreci daha da basit hale getirmiştir. Firma plazmayla güçlendirilmiş, kimyasal buharla silisyum nitrit (SiNx) tabakasının uygulandığı bir film baskı sistemi uygulamaktadır. Termal arıtma işleminden sonra ARC katmanı kontak oyuklarına benzer bir şekilde açılır. Maskeleme işleminde olduğu gibi ikinci bir katkılandırma prosesine gereksinim duyulur. Bu aşamada ARC katmanı maske görevi görür, böylece açık alanlar ilave bir katkılandırmaya maruz kalır. Emitör tarafının farklı oranlarda katkılandırılmasından sonra standart bir solar hücre üretim sürecinden farklı olarak, seçici emitör solar hücrelerde metalik kontakların yüksek oranlarda katkılandırılmış bölgeler üzerinde hizalanması gereklidir. Bu yüzden solar hücrenin ön tarafında işlem yapmak üzere yüksek hassasiyetli bir film baskı makinesine ve aynı zamanda her ikisi de ABD firması olan Dupont ve Ferro Corp.’un tedarik ettiği yüzey kaplama cilalarına gereksinim duyulur. Çifte difüzyon teknolojisinin dezavantajı solar hücrelerin kalitesini düşüren ve maliyeti yükselten bir yöntem olan yüksek sıcaklıkta difüzyon sürecine iki kez gereksinim duyulmasıdır.
Geriye Doğru Aşındırma
Çifte difüzyon işlemine alternatif olarak değişken katkılandırma profili ilave bir aşındırma basamağı sayesinde tek adımlık bir difüzyon süreciyle de gerçekleştirilebilir. Bu teknoloji yüzeyden solar hücrenin iç kısımlarına geçildikçe fosfor konsantrasyonunun azalmasına dayanır. Bu yüzden yüksek katkılı birörnek emitör ilk aşamada elde edilir. Ardından solar hücre yüzeyi düşük katkılı bir abzorsiyon alanı oluşacak biçimde seçici bir şekilde aşındırılır. Bu aşındırma işlemi metalizasyon sürecinden sonra gerçekleştirilir. Polimer maskeler kontakları aşındırıcı asidin etkisinden korur.
Alman Schmid Group bu teknolojiyi daha da geliştirmiştir. Schmid’in yaklaşımında kontağı andıran bir maskeleme katmanı yüksek konsantrasyonlu katkılandırma prosesinden hemen sonra uygulanır. Ardından daha düşük katkılı bir açık alan elde etmek için solar hücre yüzeyi asitle aşındırılır. Maske yüzeyden kaldırılır. Yüksek hassasiyetli bir film baskı cihazıyla ön yüzey kontakları basılır. Kendinden hizaya girme imkanı veren plazma aşındırma teknolojisi özel bir hizalama işlemine gerek duymaz. Bu proseste, solar hücrenin işlenmesi tamamen bittikten sonra yüksek katkılı emitör tekrar geri aşındırılır. Geriye aşındırma metodunun başarısı tamamen aşındırma hassasiyetine bağlıdır. Düşük hassasiyetli bir aşındırma güç kayıplarına sebep olur.
Devam edecek…
Akademi Mühendislik Eğitim Danışmanlık katkılarıyla hazırlanmıştır.
www.akademimuhendislik.net
