Akademik Veri Yönetim Sistemi
IV. Bilsel Uluslararası Çatalhöyük Bilimsel Araştırmalar Kongresi, Konya, Türkiye, 23 - 24 Kasım 2024, ss.214-226
Bu çalışma, kadmiyum tellürid (CdTe) tabanlı ince film güneş hücrelerinin verimliliğini optimize etmek
amacıyla, CdTe/CdS/SnO₂ çok katmanlı yapıdaki her bir katmanın kalınlık varyasyonlarının elektriksel
performansa etkilerini araştırmaktadır. SCAPS (Solar Cell Capacitance Simulator) yazılımı kullanılarak
gerçekleştirilen simülasyonlarda, 2.000-8.000 nm CdTe emici katman, 50-100 nm CdS tampon katman ve 50-
200 nm SnO₂ şeffaf iletken oksit (TCO) katman kalınlık kombinasyonları incelenmiş ve toplamda 441 farklı
kalınlık kombinasyonu analiz edilmiştir. Çalışmada, her bir kalınlık kombinasyonu için açık devre gerilimi
(Voc), kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), dolum faktörü (FF) ve enerji dönüşüm verimliliği gibi kritik
parametreler hesaplanarak, katman kalınlıklarının güneş hücresinin genel performansı üzerindeki etkileri
karşılaştırılmıştır.
Sonuçlar, CdTe kalınlığının artışının ışık emilimini artırarak açık devre gerilimini (Voc) yükselttiğini, ancak
dolum faktöründe (FF) düşüşe neden olduğunu göstermektedir. CdTe katmanı 2 µm iken en yüksek verimliliğin
%15,4 seviyesinde olduğu gözlemlenirken, katman kalınlığı 8 µm’ye ulaştığında verim %13,6'ya kadar
düşmüştür. CdS tampon katmanı kalınlığının artması, kısa devre akımı (Jsc) üzerinde negatif bir etki yaparak
ışık geçirgenliğini azaltmış ve verimliliği düşürmüştür. SnO₂ katmanının kalınlığı ise dolum faktörünü olumlu
etkilerken, ışık geçirgenliğini azaltarak verimlilikte azalmıştır. Hücreyi oluşturan katman kalınlıklarının
optimize edilmesi, CdTe güneş hücrelerinin enerji dönüşüm verimliliğini artırmada önemli etken olduğu
belirlenmiştir. CdTe güneş hücreleri için optimum katman kalınlıkları CdTe kalınlığının 3 µm, CdS kalınlığının
0,050 µm, SnO₂ kalınlığının ise 0,050 µm olarak belirlendi, bu sayede elektriksel parametreler iyileştirildi ve
enerji verimliliğinin arttırılması sağlandı.
This study investigates the effects of thickness variations of each layer in the CdTe/CdS/SnO₂ multilayer structure on the electrical performance in order to optimize the efficiency of cadmium telluride (CdTe) based thin film solar cells. In the simulations performed using SCAPS (Solar Cell Capacitance Simulator) software, 2,000-8,000 nm CdTe absorber layer, 50-100 nm CdS buffer layer and 50-200 nm SnO₂ transparent conductive oxide (TCO) layer thickness combinations were investigated and a total of 441 different thickness combinations were analyzed. In the study, critical parameters such as open circuit voltage (Voc), short circuit current density (Jsc), filling factor (FF) and energy conversion efficiency were calculated for each thickness combination and the effects of layer thicknesses on the overall performance of the solar cell were compared.
The results show that increasing the CdTe thickness increases the open circuit voltage (Voc) by increasing the light absorption, but causes a decrease in the filling factor (FF). While the highest efficiency was observed to be at the level of 15.4% when the CdTe layer was 2 µm, the efficiency decreased to 13.6% when the layer thickness reached 8 µm. Increasing the CdS buffer layer thickness had a negative effect on the short circuit current (Jsc),
reducing the light transmittance and decreasing the efficiency. The thickness of the SnO₂ layer positively affected the filling factor, while decreasing the light transmittance and decreasing the efficiency. Optimizing the layer thicknesses forming the cell has been determined to be an important factor in increasing the energy conversion efficiency of CdTe solar cells. The optimum layer thicknesses for CdTe solar cells were determined as 3 µm for CdTe, 0.050 µm for CdS, and 0.050 µm for SnO₂, thus improving electrical parameters and increasing energy efficiency.