bugün

entry'ler (24)

dejenere yarı iletken

bir dejenere yarı iletken, malzemenin daha çok bir yarı iletken gibi değil, bir metal gibi davranmaya başlayacağı kadar yüksek katkılanma (yani doping) düzeyine sahip yarı iletkendir. orta dereceli katkılanma düzeylerinde katkılayıcı atomları, sırasıyla iletim veya değerlik bantlarına ısıl terfi (veya optik geçiş) yoluyla elektron veya deşikler bağışlayabilir yerel durumlar olarak düşünülebilir bireysel katkılanma düzeylerini oluşturur.

daha fazla bilgi: https://teshemmus.fandom....iki/Dejenere_yarı_iletken

moss burstein etkisi

Burstein-Moss kayması olarak da bilinen Moss-Burstein etkisi, bir yarı iletkenin görünür bant aralığının, iletim bandının yakınında olan bazı durumların dolu olduklarından ötürü emilim kenarının daha yüksek enerjilere itilmesiyle artması olgusudur. Bu, bazı dejenere yarı iletkenlerde bulunanlar gibi bir dejenere elektron dağılımı için gözlenir.
Daha fazla bilgi: https://teshemmus.fandom....wiki/Moss-Burstein_etkisi

döndürmeli kaplama

Döndürmeli kaplama (ing. "spin coating"), düzgün ince tabakaları düz substrata yerleştirmek için kullanılan bir prosedürdür. Genellikle, substratın ya düşük hızda dönen, ya da hiç dönmeyen merkezine az miktarda bir kaplama malzemesi uygulanır. Substrat daha sonra kaplama malzemesini merkezkaç kuvveti ile yaymak için yüksek hızda döndürülür.
Daha fazla bilgi: https://teshemmus.fandom....r/wiki/Döndürmeli_kaplama
P.s. Baküde yaşayan Azeri olarak, Türkiyede hangi sitelerin yasak olduğunu bilmiyorum. Bilirim ki Vikipedi yasaktır, ama fandom.com.tr, ümitvaram ki, yasak değil.

çokbağlantılı güneş hücreleri malzeme seçimi

Herbir alt-hücre (ing. “sub-cell”) için materyal seçimi, örgü uyumluluğu (ing. “lattice matching”), akım uyumluluğu (ing. “current matching”) ve yüksek başarım (yani performans) opto-elektronik özellikleri ile belirlenir.
Optimal büyüme ve bunun sonucu olan kristal kalitesi için, herbir materyalin kafes (yani örgü) sabiti “a”, sık olarak uyumlanmalıdır, sonuc olarak da örgü uyumluluğu alınır. Küçük örgü uyumsuzluğunun bulunduğu, son günlerde geliştirilmiş metamorfik güneş hücrelerinde, bu kısıtlama kısmen aradan kaldırıldı. Oysa, daha fazla uyumsuzluk veya diğer büyüme noksanları, elektronik niteliklerin gerilemesinin nedeni olacak kristal kusurlarının sebebi olabilir.
Herbir alt-hücrenin elektriksel olarak seri’ye bağlandığından ötürü, herbir bağlantıdan aynı akım akır. Bant aralığından daha düşük ışığın daha aşağı hücrelere varmasına izin vermesi üzere materyaller bant aralıkların azalması ile düzenlenir. Akım uyumlanmasının elde edilebilmesi için tasarım tayfının, herbir alt-hücrenin akım oluşumunu dengelemesi için uygun bant aralıkları seçilmelidir.
Nihayet, tabakalar, yüksek başarım için elektriksel olarak optimal olmalıdır. Bu, yüksek emilim katsayılara, yüksek azınlık taşıyıcı ömür sürelerine ve yüksek devingenliğe (ing. “mobility”) malik olan malzemelerin kullanılmasını gerekir. Tipik olarak, çokbağlantılı güneş hücreleri malzemleri olarak kullanılanlar şu:
- üst alt-hücresi için indiyum galyum fosfür (bant aralığı 1.8 - 1.9 eV)
- orta alt-hücresi için indiyum galyum arsenür (bant aralığı 1.4 eV)
- alt alt-hücresi için germanyum (bant aralığı 0.67 eV)
Germanyumun kullanılması nedeni, esasen onun kafes sabiti, düşük maliyyeti, bolluğu ve üretim kolaylığıdır.

çokbağlantılı güneş hücreleri

Çokbağlantılı güneş hücreleri, muhtelif yarı iletken malzemelerinden yapılmış, birçok p-n bağlantıya sahip olan güneş hücreleridir. Herbir malzemenin p-n bağlantısı, muhtelif dalga boylarına cevaben elektrik akımını üreter. Birçok yarı iletken malzemenin kullanılması, dalga boylarının daha geniş yelpazesini emmeğe izin vererek hücrenin “güneş ışığı -> elektrik enerji” dönüştürmenin verimliliğini iyileştirir.
Geleneksel tekbağlantılı hücrelerin maksimal teorik verimliliği %33.16. Teorik olarak, sonsuzbağlantılı hücrenin pek yoğunlaştırılmış ışık altında verimlilik ereyi %86.8.
Şimdi, geleneksel kristal silisyum güneş hücrelerin en iyi deneylik numuneleri, %20 ile %25 arasında verimliliklere malik olarken çokbağlantılı güneş hücrelerinin deneylik numunelerin başarımı (yani performansı), yoğunlaştırılmış güneş ışığı altında %46 aşır. Tandem güneş hücrelerinin ticari numuneleri, bir güneş ışıklandırma altında %30, yoğunlaştırılmış ışık altında ise %40 verimliliği gösterir. Oysa, bu verimlilik, artmış zorluk ve üretim fiyatı pahasına elde edilir. Bu günlerde, onların daha yüksek maliyyetleri ve daha yüksek fiyat-başına-başarım (ing. “price-to-performance”) oranı, onların kullanımasını hususi alanlar içinde (özellikle de onların yüksek güç-başına-ağırlık oranının cazip olduğu havacılık ve uzay alanında) sınırlandırdı. Yeryüzündeki uygulanmalarında, bu güneş hücreleri yoğunlaştırıcı fotovoltaikte (ing. “Concentrator photovoltaics”) gelişmekte olarken tüm dünya’da kurulmaların sayıları artır.
Mevcut olan tasarımların başarımının iyileştirilmesi için tandem imal yöntemleri kullanılır. Bilhassa, yöntem, basmakalıp silisyum kristal güneş hücrelerinden farklı olarak amorf silisyumun kullandığı, daha düşük maliyyetli ince film güneş hücrelerine %10 fazla verimlilikli hafif ve esnek hücreleri üretmek için uygulanabilir. Bu yaklaşım, birçok ticari satıcı tarafından kullanıldı, ama şimdi bu ürünler belirli rollerle (çatı kaplama materyaller gibi) sınırlıdır.
Birçok malzeme katmandan yapılmış hücreler, birçok bant aralığına sahip olabilir ve böylece, onların kullanılmadığı takdirde gevşemeye (yani relaksasyona) kaybolacak olan enerjinin bir kısmını tutup dönüştürerek birçok ışık dalga boynuna cevap verer.
Örneğin, iki bant aralıklı hücre varsa ve bir bant aralığı kırmızı renge, başkası da yeşil renge ayarlanmışsa, o zaman yeşil, camgöbeği, mavi renklerdeki fazla enerji yalnız yeşil-duyarlı materyalin bant aralığı için kaybolar, kırmızı, sarı ve turuncu ise kırmızı-duyarlı bant aralığı için kaybolar. Tek bant aralığına sahip cihazlar için yapılmış çözümlemeye benzer çözümlemeye göre, iki bant aralıklı cihaz için mükemmel bant aralıkları 1.1 e.V ve 1.8 eV.
Belirli bir dalga boylu ışık, daha büyük bant aralıklı malzemelerle güçlü bir şekilde etkileşime girmez. Yani, çokbağlantılı güneş hücresi, farklı malzemelerin birbirinin üstüne katman-katman oturtulmakla (daha kısa dalga boylarının (en büyük bant aralıkların) üstte olması ve hücre gövdesi boyunca artması şartıyla) yapılabilir.
Fotonların emilmek için uygun katmana varmalı oldukları nedeniyle hücreni geçmeli olduklarından ötürü, her katmanda üretilen elektronları toplamak üzere saydam iletkenler gereklidir. Tandem hücrenin üretilmesi, esasen malzemelerin inceliğine ve katmanlar arasındaki akımın çıkartılması zorluklarına göre kolay iş değildir. Kolay çözüm, iki mekaniksel olarak ayrı ince film güneş hücrelerini kullanarak daha sonra onları hücre dışında ayrı-ayrı bağlamak. Üst ve alt hücrelerin ayrı bağlanmasından ötürü onlar akım eşleştirmesini gerekmez, bu ise bant aralıkları kombinasyonu yeterli olarak esnek eder. Bu yöntem, amorf silisyum güneş hücrelerinde kullanılır; Uni-Solar adlı Amerikalı şirketin ürünlerinde üç böyle katman, %9 civarında verimliliğe ulaşmak için kullanılır. Daha yabancıl (yani egzotik) ince film malzemelerini kullanan deneylik numuneleri, %30 fazla verimlilik göstermişdir.
Daha zor bir çözüm, hücrenin mekaniksel ve elektriksel olarak bağlanmış birçok katmandan oluştuğu, “tektaş olarak entegre edilmiş” (ing. “monolithically integrated”) hücredir. Bu hücrelerin üretilmesi pek zordur, zira herbir katmanın elektriksel nitelikleri itinayla eşleştirilmelidir. Özellikle, herbir katmanda üretilmiş fotoakım eşlenmelidir, yoksa elektronlar katmanlar arasında emilecek. Bu, onların yapımlarında kullanabilir malzemelerinin sayısını sınırlandırır, en iyileri ise III-V yarı iletkenlerdir.

üçüncü nesil güneş hücreleri teknolojileri

güneş hücreleri, radyo alıcıların görünebilir ışık karşılıkları olarak düşünülebilir. alıcı, 3 temel parçadan: radyo dalgalarını (ışığı), kendi malzemesindeki elektronların dalgaya benzeyen hareketlerine dönüştüren duyargadan (yani antenden); elektronlar duyarganın ucundan çıkalı onları tutan elektronik kapaçdan; ve seçilmiş frekanstaki elektronları yükselden ayarlayıcıdan (ing. “tuner”) ibaretdir. radyo ile özdeş olan güneş hücresini kurmak mümkündür (böyle sistem “optik rekten” (ing. “optical rectenna”) olarak bilinir), ama bugüne kadar onlar praktik değil.
güneş elektrik pazarının büyük kısmı silisyum tabanlı cihazlardır. silisyum hücrelerinde, silisyum hem duyarga (veya, teknik dille değilse, “elektron alıcısı”), hem elektron kapacı olarak işleyir. silisyum geniş bulunan, nisbeten pahalı olmayan ve güneş toplanması için mükemmel olan bant aralığına sahip bir malzemedir. öte yandan, silisyumun kitle malzeme olarak üretilmesi için enerji ve ekonomi bakımından pahalı bir malzemedir ve talep olunan miktarın azaltılması için çabalar yapıldı. bundan fazla, o, mekaniksel olarak kırılgandır ve tipik olarak kırılmaz cam levhasını mekaniksel destek ve elementlerden koruma olarak talep edir. yalnız cam maliyyeti de tipik güneş modülünün maliyyetinin önemli kısımıdır.
shockley-queisser ereyine göre, bir hücrenin teorik verimliliğin çoğunluğu, bant aralığı ile güneş fotonun enerjileri arasındaki farktan kaynaklanır. bant aralığından daha çok enerjiye sahip herbir foton fotouyarmanın nedeni olabilir, ama bant aralığından yüksek herhangi bir enerji kayıp olur. güneş tayfına bakalım; dünya’ya varan ışığın küçük bir kısımı mavidir, ama bir mavi fotonun enerjisi, üç kırmızı fotonların enerjisine eşittir. silisyum bant aralığı 1.1 ev eşittir, kırmızı ışığın bant aralığına yaklaşıkdır, böylece mavi ışığın enerjisi silisyum hücresinde kayıp olur. eğer bant aralığı daha yükseğe ayarlansa (örneğin mavi ışığa), o enerji artık tutulacak, ama yalnız daha düşük enerjili fotonları reddetme pahasına.
muhtelif bant aralıklarına sahip materyaller katmanlarını üst üste oturtmakla
tekbağlantılı hücreni pek çok iyileştirmek mümkündür - buna, “çokbağlantılı” veya “tandem” yaklaşım denir. geleneksel güneş hücrelerin hazırlanma yöntemleri bu yaklaşıma uygun değil. bunların yerine amorf silisyum ince filmleri kullanılmışdır, ama başka sorunlar onların çalışmasının, geleneksel güneş hücrelerinin çalışmasına eşit olmasını engellemiştir. tandem güneş hücrelerinin çoğu, daha yüksek verimlilikli yarı iletkenler tabanlıdır, özellikle de galyum arsenür tabanlıdır. üçkatmanlı galyum arsenür hücrelerin deneysel numuneleri için %41.6 verimliliği elde edildi. dörtkatmanlı hücre ise %44.7 verimliliğine ulaştı.
sayısal çözümleme, “mükemmel” tekkatmanlı hücrenin 1.13 ev bant aralığına sahip olduğunu gösteriyor, bu da neredeyse silisyumun bant aralığıdır. böyle güneş hücresinin maksimum teorik güç dönüştürme verimliliği %33.7 eşittir - kırmızıdan (kızılötesi) düşük güneş gücü kayıp olur, ve daha yüksek renklerin fazla enerjisi de kayıp olur. ikikatmanlı hücre için, bir katman 1.64 ev’e, diğer katman ise 0.94 ev’e ayarlanabilir, teorik verimlilik ise %44. üçkatmanlı tandem hücre, 1.83 ev’e , 1.16 ev’e ve 0.71 ev’e ayarlanmalıdır, verimlilik de %48. kuramsal “sonsuzkatmanlı” hücre, dağıtılmış ışık için %68.2 verimliliğine malik olar.
keşfedilmiş yeni güneş hücreleri teknolojileri nanoteknolojiye bağlı olarken, şimdi kullanılan birkaç farklı materyal yöntemi var.
“üçüncü nesil” etiketi çeşitli teknolojilerini:
yarı iletken olmayan teknolojileri (polimerleri ve biyomimetiği içerir), nicem noktalı (ing. “quantum dot solar cells”), tandem güneş hücrelerini, kızgın taşıyıcılı hücrelerini (ing. “hot-carrier cells”), “foton üst çevirmesini “ ve “alt çevirmesini” (ing. “photon upconversion” ve “downconversion”), termofotonik gibi güneş ısıl teknolojilerini
içermektedir.
o, silisyum nanoyapılarını,
düşen ışığın yoğunlaştırılmasını,
gerilimleri veya taşıyıcı toplanmasını güçlendirmek için fazla ısı üretiminin (o, morötesi ışıktan kaynaklanır) kullanılmasını,
gece elekriği üretmek üzere kızılötesi tayfın kullanılmasını
da içerir.

üçüncü nesil güneş hücreleri

Üçüncü nesil güneş hücreleri, potansiyel olarak tekbağlantılı güneş hücreleri için %31-41 verimlilikli Shockley-Quessier ereyini aşabilecek güneş hücreleridir. Bu, yarı ileten p-n bağlantılı güneş hücreleri (birinci nesil güneş hücreleri) ve ince film güneş hücreleri (ikinci nesil güneş hücreleri) için seçenekler çeşidini içerir. Genel üçüncü nesil sistemleri, amorf silisyum veya galyum arsenür çokkatmanlı (tandem) hücreleri içerir, daha teorik geliştirmeler ise frekans dönüştürmeni (yani hücrenin kullanabilmediği ışık frekansları, hücrenin kullanabildiği ışık frekansları ile değiştirmeni ve böylece daha çok güç üretmeni), kızgın taşıyıcı etkilerini (ing. “hot-carrier effects”) çoklu taşıyıcı ejeksiyon yöntemlerini içerir. Geliştirilmekte olan fotovoltaik bunları içerir:
>Bakır çinko kalay sülfür güneş hücresi;
>Boyaya duyarlı güneş hücresi (Grätzel hücresi de denir)
>Organik güneş hücresi
>Perovskit güneş hücresi
>Nicem noktalı güneş hücresi.
Perovskit güneş hücreleri araştırmalardaki başarılar, özellikle onların araştırma verimlilikleri, %20 üzerine çıktığı için, halkta çok büyük bir ilgi uyandırdılar. Onlar düşük maliyyetli uygulamaların geniş yalpazesini de sunur. Bundan fazla, geliştirlmekte olan başka teknoloji, yoğunlaştırıcı fotovoltaik, yüksekverimlilikli, optik mercekler ve hedef takip etme sistemi ile birleşmede olan çokbağlantılı güneş hücrelerini kullanır.

nicem noktalı güneş hücrelerin yapımı

Eski numuneleri, pahalı olan moleküler ışınlı üstbırakım (ing. “molecular beam epitaxy”) işlemlerini içerirdi. Oysa, örgü uygunsuzluğu, zorlama birikimine (ing. “assimilation of strain”) ve dolayısıyla kusur oluşumuna neden olarak yığılmış katmanların sayını kısıtlayır. Damlacık üstbırakım büyütme (ing. “droplet epitaxy growth”) yöntemi, avantajlarını zorlamasız nicem noktaların imalatında göstermektedir. Seçenek olarak, daha az pahalı yöntemler de geliştirilmişdir. Onlar, ıslak kimyayı ve sonraki çözelti işlemesini kullanır. Derişik (yani konsantre) nanoparçacıklı çözeltiler, nanokristalleri çözeltide asılı tutan uzun hidrokarbon değeçler (yani ligandlar) tarafından kararlılaştırılır. Bir katıyı oluşturmak için, uzun karalılaştırıcı değeçler, kısa zincirli çarpaz bağlayıcılarla (ing. “short-chain crosslinkers”) değiştirilir.
Daha yeni bir çalışma, verimliliği %8.6 kadar arttırmak için farklı değeçleri, onların nispi bant hizalanmasını ayarlayarak, farklı görevler için kullanmaktadır. Hücreler oda sıcaklığında havada çözeltiden yapılmış olarak kapsüllenme olmaksızın 150 gün fazla bir süre boyunca havayadayanıklık gösterdi.
Beş yıl önce iyodür, oksijenle bağlanmayan değeç olarak tanıtıldı. Bu, güç dönüştürme verimliliği %8 yapmış emilim verimliliği sağlayan kararlı n- ve p-tipi katmanları korur.

nicem noktalı güneş hücreleri

nicem noktalı güneş hücreleri (ing. “quantum dot solar cells”), nicem noktalarını emen fotovoltaik materyal olarak kullanan güneş hücreleridir. onlar, silisyum, bakır indiyum galyum selenür veya kadmiyum tellürid gibi kütle malzemelerin yerini almağa kalkışır. nicem noktaları, boyutlarının değiştirilmesi ile geniş enerji yelpazesi içinde ayarlanabilen bant aralığına sahiptirler. kütle materyallerde bant aralığı, materyalın seçimi ile kararlaşmış olur.

bu özellik, nicem noktalarını, güneş tayfının çoklu kısımlarının “biçilme” verimliliğinin ıslah edilmesi için materyal çeşidinin kullanıldığı çokbağlantılı güneş hücreleri için cazibeli edir. 2016 yılda verimlilik %10 eşittir.

nicem noktaları, eksiton bohr yarıçapının boyutundan daha küçük yapılmış yarı iletken parçacıklardır ve nicemsel mekaniğin ilkelerine göre, onların içinde mevcut olabilen elektron enerjileri, atomdaki enerjilere çok benzer olarak, sonlu olur. nicem noktalarına, “yapay atomlar” da denir. bu enerji yüzeyleri, onların boyutlarının değiştirilmesi ile ayarlanabiler, bu da sırayla bant aralığını da belirleyer. noktalar, çeşitli boyutlarda büyütelebilir, bu ise materyalı veya yapım tekniklerini değiştirmeden onların çeşitli bant aralıkları ifade etmelerine izin veriyor. tipik deneylik kimyasal hazırlamalarda, ayarlama bireşim (yani sentez) müddetinin veya sıcaklığın değiştirilmesi ile gerçekleştirilir.

bant aralığının ayarlanma olanağı, nicem nokta güneş hücreleri için cazip edir. güneş foton dağılımı tayfı için, shockley-queisser ereyi (ing. “shockley-queisser limit”), maksimum güneş dönüştürme verimliliğinin, bant aralığı 1.34 ev eşit olduğu malzemede olmasını gösterir. oysa, daha düşük bant aralıklı materyaller, daha düşük enerjili fotonlardan elektriği üretmek için uygundur. kurşun sülfür kolloidal nicem noktalarını kullanan tekbağlantılı uygulamalar, geleneksel güneş hücrelerin zorla ulaştığı uzak kızılötesi frekanslara ayarlanabilen bant aralıklara sahiptir. dünya’ya varan güneş enerjinin yarısı kızılötesi bölgesindedir, çoğu da yakın kızılötesi bölgesindedir. nicem noktalı güneş hücreleri kızılötesi enerjini, başka enerjiler gibi ulaşılabilir edir.

nicem noktaları güneş hücreleri, daha kolay bireşim ve hazırlanmanı sunar.

kolloidal sıvı şeklinde asılı olarken, onlar kolaylıkla üretilme zamanı işlenebiler, davlumbaz ise gerekli olan en mürekkep bir techizatdır. nicem noktalı güneş hücreleri, tipik olarak küçük miktarlarda bireşimlenir (yani sentezlenir), ama topluca da üretilebiler. noktalar, substrat üzerine “döndürmeli kaplama” (ing. “spin coating”) yöntemile ya el ile, ya otomatik işlem ile yayılır. büyükölçekli üretim, modül yapımı maliyyetini pek çok azaltan “üzerine püskürtme” (ing. “spray on”) veya “makaralı baskı” (ing. “roll printing”) yöntemlerini kullanabiler.

nanokristal güneş hücreleri

bu güneş hücrelerinin substratı nanokristallerden yapılmış kaplamaya maliktir. nanokristaller tipik olarak silisyum, kadmiyum tellürid veya bakır indiyum galyum selenür tabanlı, substratlar ise genel olarak silisyum veya çeşitli organik iletkenlerdir. nicem nokta güneş hücreleri (ing. “quantum dot solar cells”) bu yaklaşımın varyantıdır, ama daha fazla çalışma elde etmek için nicemsel mekaniğin etkilerinden faydalanır. boyaya duyarlı güneş hücreleri (ing. “dye-sensitized solar cells”) buna bağlı başka bir yaklaşımdır, ama şurada nano-yapı, substratın parçasıdır.

eski imal yöntemleri, pahalı molekül ışınlı üstbırakım (ing. “molecular beam epitaxy”) işlemlerine dayanırdı, ama kolloidal bireşim (yani kolloidal sentez) daha ucuz üretime izin veriyor. nanokristaller ince filmi, “döndürmeli kaplama” (ing. “spin-coating”) adlı işlem ile elde edilir. bu işlem, nicem nokta çözeltisinin bir miktarının daha sonra çok hızlı bir şekilde döndürülen düz bir substrat üzerine yerleştirilmesini içerir. çözelti, tekdüze bir şekilde yayılır ve substrat istenen kalınlık elde edilinceye kadar döndürülür.

boyaya duyarlı kolloidal titanyum dioksit filmi tabanlı nicem nokta güneş hücreleri, düşen ışığın enerjisinin elektrik enerjiye dönüştürmesinin ümit verici verimliliği gösterir ve kullanılmış malzemelerinin çok düşük maliyetli olduklarından dolayı çok teşvik edicidir. cihaz verimliliğinin arttırılması için elektrodlar arasında bir birinden ~1 eksiton difüzyon uzunluğu ile ayrılmış tek parçacıklar dizilişinin olduğu tek-nanokristal (kanal) mimarisi önerilmişdir.

her ne kadar araştırmalar başlangıç aşamasında olsalar da, olabilsin ki gelecekte nanokristal güneş hücreleri, esneklik (nicem nokta polimer bileşim fotovoltaiği), düşük maliyyetlilik, temiz enerji üretimi ve %65 verimlilik gibi avantajları sunabiler.

nanokristal güneş hücrelerinin verimliliğinin birçok ölçülmesinin yanlış olduğu ve nanokristal güneş hücrelerinin büyük ölçekli üretim için uygun olmadığı iddia edilmektedir.

son araştırmalarda, kurşun selenür yarı iletkenin yanı sıra ikinci nesil ince film güneş hücrelerinin üretiminde iyi bilinen kadmiyum tellürid fotovoltaiki ile deney yapıldı. başka materyaller de araştırılır.

mürekkep püskürtme güneş hücreleri

Genellikle mürekkep püskürtme güneş hücreleri (ing. “inkjet solar cells”), yarı iletken malzemenin ve elektrodların güneş hücrenin substratına oturtulması için mürekkep püskürtmeli yazıcının (ing. “inkjet printer”) kullanılması ile yapılır. Mürekkep püskürtme yönteminin kullanılması ile hem organik, hem inorganik güneş hücreleri yapılabiler. Mürekkep püskürtme inorganik güneş hücreleri esasen bakır indiyum galyum selenürü güneş hücreleridir. Organik güneş hücreleri, polimer güneş hücreleridir. Melez perovskit güneş hücrelerinin mürekkep püskürtme yazılması da olanaklıdır. Mürekkebin en mühüm unsuru, işlevsel malzemedir: metal tuz karışımı (örneğin bakır indiyum galyum selenürü), polimer fulleren karışımı veya karışmış organik ve inorganik tuzlardan ibaret olan öncül (yani prekürsor) (örneğin perovskit güneş hücreleri). Bu unsurlar münasip çözgende çözülür. ilave unsurlar, daha iyi yazılabilirliği ve substrat ıslanması için mürekkebin ağdalığını (ing. “viscosity”) ve yüzey gerilimini etkilemek amacıyla ilave edilebiler. Mürekkep, kartuşun içinde bulunur ve oradan substrata aktarılır, substrat ise çeşitli olabiler. Yazılma, damlacıkları fışkırmak için önceden ayarlanmış basınç şeklini uygulamağa programlanmış baskı kafasının memelerindeki basyüklenim sürücüsü (ing. “piezoelectric driver in the nozzles of the printhead”) ile yapılır. Çoğu durumda, çalışan bir güneş hücresini oluşturmak için işlevsel malzemelerinin birkaç tabakası üst üste çökdürülür. Çoğu durumda ısıl işleminin gerekli olduğuna rağmen, yazılma işlemi tam olarak çevre koşullarında yapılabiler. Mürekkep püskürtme organik güneş hücrelerinin verimliliği için mühüm etmenler, mürekkep püskürtme gecikme zamanı (ing. “inkjet latency time”), mürekkep püskürtmeli yazıcı kaidesinin sıcaklığı (ing. “inkjet printing table temperature”) ve polimer vericinin kimyasal özelliklerinin etkisidir.

güneş hücrelerinde rekombinasyon kayıpları

Rekombinasyon kayıpları, hem akım toplanmasını (ve böylece kısa devre akımını), hem de ileri öngerilim enjeksiyon akımını (ing. “Forward bias injection current”) (ve böylece açık devre gerilimini) etkileyir. Rekombinasyon, meydana geldiği hücre bölgesine göre sık olarak sınıflandırılır. Tipik olarak, yüzeydeki rekombinasyon (yüzey rekombinasyonu) ve oylumdaki rekombinasyon (oylum rekombinasyonu), rekombinasyonun esas alanlarıdır. Tükenim bölgesi (ing. “depletion region”), rekombinasyonun meydana gelebildiği başka alandır (tükenim bölgesi rekombinasyonu).

güneş hücreleri için lambert arka yansıtıcısı

Lambert arka yansıtıcısı (ing. “Lambert rear reflector”), arka yansıtıcıların, yansımış ışığın yönünü rastgeleleştiren özgü bir tipidir. Hücrenin arka yüzeyinden yüksek yansıma, hücrenin arka kontaklarında emilimi veya arkadan iletilmesini azaltarak ışığın olanaklı emilim için hücreye sekmesinin olanağını sağlayır. Işık yönünün rastgeleleştirilmesi, yansımış ışığın çoğunun tüm olarak içinde emilmesinin olanağını sağlayır. Ön yüzeye toplam iç yansıma için dönüşül açıdan (ing. “critical angle for total internal reflection”) daha büyük olan açıda ulaşmış ışık, arka yüzeye doğru yansıyır. Işık emilimi bu yöntemle pek iyi arttırılabiler, çünkü düşen ışığın yol uzunluğu 4n^2 çarpımla güçlenir (burada “n”, yarı iletkenin yansıma göstergesidir (ing. “index of refraction”)). Bu, optik yol uzunluğunun tahminen 50 gerçek cihaz kalınlığına eşit olmasının olanağını sağladığından ötürü iyi ışık tuzaklanma (ing. “Light trapping”) yöntemidir.

güneş hücrelerinde ışık tuzaklanması

Optimal cihaz kalınlığı, sadece ışığın tümünü emmek gerekile denetlenmir. Örneğin, ışık bağlantının difüzyon uzunluğu boyunca emilmirse, ışık kaynaklı taşıyıcılar rekombinasyonda kaybolur. Bundan fazla, daha kalın cihazın emilimini koruyan daha ince güneş hücresi, daha yüksek gerilimli olabiler. Bu sebeple, optimal güneş hücresi yapısı, cihazın optik yol uzunluğunun cihazın gerçek kalınlığının birkaç katı olduğu “ışık tuzaklama”ya malik olar; burada cihazın optik yol uzunluğu, emilmemiş fotonun cihazdan çikmayınca cihaz boyunca gezebildiği mesafeni ifade edir. Bu, genellikle cihaz kalınlığı terimlerile tanımlanır. Örneğin, “ışık tuzaklama” özelliklerine sahip olmayan güneş hücreleri, 1 cihaz kalınlığına eşit optik yol uzunluğuna, iyi ışık tuzaklamaya malik güneş hücreleri ise 50 cihaz kalınlığına eşit optik yol uzunluğuna sahip olabiler, bu da ışığın birçok kez ileri geri sekmesinin gösterilmesidir.
Işık tuzaklanması, ışığın güneş hücresini gezdiği açının, ışığın açılı yüzeye düşmesi neticesinde değiştirilmesile elde edilir. Dokunmuş yüzey (ing. “textured surface”) yansımanı azaltmakla birlikte, ışığı eğik bir şekilde silikonla birleştirerek cihazın gerçek kalınlığından daha uzun optik yol uzunluğunu meydana getirecek.

günsş hücrelerinin malzemelerinin kalınlıkları

Yansımanın azaltılması yüksekverimlilikli güneş hücresinin elde edilmesinin temel bir kısmı olarken, ışığın tümünü emmek de temeldir. Emilmiş ışığın miktarı, ışık yolunun uzunluğuna ve emilim katsayına bağımlıdır.
Aslında ince hücreler hemişe arkada yansıtıcı ile tasarlanır, böylece ışık hücre boyunca çok sayıda geçiş yapar ve emilim artar.
10 μm’den fazla kalınlığa malik silikon malzemesi için, bant aralığından daha yüksek enerjili ışığın esasen tümü emilir. Toplam akımın 100% yani 10 μm’de silikonda emilebilen ışığın tümü emilir. 10 μm kalınlıkdaki malzemede mevcut toplam akımın sadece 30% emilir. Kayıp fotonlar, turuncu ve kırmızı fotonlardır.

güneş hücrelerinin yüzeylerinin dokunması

Yüzey dokunması (ing. “surface texturing”), yansıma önleyici kaplamalar ile birleşmede veya kendi kendine, yansımanı azaltmak için kullanılabiler. Yüzeydeki her bir “kabalık”, yansımış ışığın sekip çevredeki havaya değil, yüzeye kayıtmasının şanslarını çoğaltmakla yansımanı azaltır.
Yüzey dokunması, birkaç yoluyla erişilebiler. Tek kristallı substrat, kristal düzlemlerin yüzeyleri boyunca oyulmakla dokunabiler. Yüzey iç atomlara gelince yakışır şekilde dizilipse, silikonun kristal yapısı, piramitlerden ibaret olan yüzeye neden olur. Piramitlerin tepelerinin dışa yöneldiği dokunma türüne “tesadüfi piramit dokunması” denir. Dokunmanın bu türü sanayide genellikle tekkristallı pullar (“pul” yani “wafer”) için kullanılır.
Piramitlerin tepelerinin içe yöneldiği dokunmanın türüne ise “altüst piramit dokunması” denir.
Multikristal pullar için, yüzeyin sadece küçük bir kısmı talep olunan <100> yönelime maliktir, böylece bu yöntemler onlar için daha az etkindir. Oysa, multikristal pullar, fotolitografik yönteminin uygulanması ile, küp-küp kesen testere veya lazer ile mekaniksel olarak ön yüzeyin yontulması ile olduğu gibi dokunabiler.

kadmiyum tellürid güneş hücreleri

ince film güneş hücreleri arasında, bu güneş hücreleri yüksek ışık emme verimliliğe sahiptir. Kadmiyum tellürid kolaylıkla substrat üstüne çökdürülebiler ve büyük ölçekli üretim için yararlıdır. Tarkibinde kadmiyumun mevcut olması nedeniyle bu güneş hücrelerinin zehirli olması, bu güneş hücrelerinin üretimine bakarak ele alınmalı ana sorundur. Muhtelif deneyliklerde (laboratuvarlarda), özellikle Amerika Birleşmiş Devletlerin Ulusal Sürdürülebilen Enerji Deneyliklerinde (National Renewable Energy Laboratories), geçirilmiş bilimsel araştırmalara göre, kadmiyum tellürid güneş hücrelerinin üretimi zamanı atmosfere bırakılan kadmiyumun miktarı, diğer güneş hücreleri teknolojilere göre üretim zamanı bırakılan kadmiyumun miktarından daha düşükdür.

iki kat yansıma önleyici kaplamalar

Bu, güneş hücreleri için kullanılan yansıma önleyici kapalamalara aittir.

Yansıtıcılığın daha çok azaltılması, iki kat yansıma önleyici kaplamaları ile elde edilir. Magnezyum florür ile çinko sülfid veya değişen kırılma göstergeli silikon nitrid katmanları popüler iki kat yansıma önleyici kaplamalardır. Oysa, bu, ticari güneş hücrelerin çoğu için genellikle çok pahalıdır.
Yansıtıcılığın daha çok azaltılması, kaplama yığınları ile veya katman göstergenin sınıflandırılması ile elde edilir. Optik sanayide 10 katmandan çok içeren yığınlar, fotograf techizatındaki pek düşük yansıma kayıplar için kullanılır. Oysa, çoklu katmanların işleme avantajları marjinaldır. Hallerin çoğunda gerçek zorluk, yansıma önleyici kaplamaları yüzeyi dinginleştiren (pasifleştiren) katmanlar ile birleştirmektir.

yansıma önleyici kaplamaların renkleri

Yansıma önleyici kaplamalarının kalınlığını tam olarak ölçmek için en yaygın yöntem, ucaylanmış ışığın yansıma tarzına bakan ellipsometrinin kullanılmasıdır. Yansıma önleyici kaplamanın ölçülmesinin kolay yöntemi, sadece filmin renkine bakmaktır.
Filmin rengi, kırılma indisinin yanı sıra kalınlıktan da etkilenir, böylece film rengi sadece kalınlık için kaba bir kılavuzdur. Silikon dioksit ve silikon nitrid filmlerin kalınlıklarının belirlenmesi için çoğlu çizelgeler var.
Üretim işleminin koşullarınındaki farkların, numunelerin ölçünler ile karşılaştırılması ile hızlı olarak sezmek amacı ile film ölçünlerini imal etmek alededir.

güneş hücrelerinde yansıma önleyici kaplamalar

Sade silikon, 30%-den fazla yüksek yüzey yansımasına maliktir. Yansıma, dokuma (ingilizce “texturing”) ve yansıma önleyici kaplamaların (ingilizce “anti-reflection coatings”)yüzeye uygulanması ile azaltılır. Güneş hücrelerinin üstündeki yansıma önleyici kaplamalar, kamera mercekleri gibi diğer optik cihazlarında kullanılan yansıma önleyici kaplamaları ile aynıdır. Onlar, kaplamadaki girişim etkilerinin, yansıma önleyici kaplamanın üst yüzeyinden yansımış dalganın, yarı iletken yüzeylerinden yansımış dalga ile faz dışı olmasının nedeni olması için yalıtkan materyalın özellikle seçilmiş kalınlığa malik olan ince katmandan ibaretdir. Bu faz dışı yansımış dalgalar yıkıcı bir şekilde birbirine girişmesinin sonucu sıfır net yansımış enerjidir. Yansıma önleyici kaplamalardan fazla, girişim etkileri alelade, su üzerindeki ince yağ tabakası gökkuşağına okşak renk kuşaklarını oluşturdukta rastlaşır.
Yansıma önleyici kaplamaların kalınlıkları, yalıtkan malzemedeki dalga boyu, gelen dalganın boyunun dörtte bir kısımına eşit olduğu için seçilir.