Thesis (Ph.D)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2008. / Committee Chair: Honsberg, Christiana; Committee Co-Chair: Ferguson, Ian; Committee Member: Citrin, David; Committee Member: Klein, Benjamin; Committee Member: Rohatgi, Ajeet; Committee Member: Snyder, Robert. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

A validated predictive model of a-Si:H solar cell arrays was developed. The performance of a-Si:H solar cells was modeled by predicting the performance before degradation first, and then modifying it with terms that account for degradation and recovery effects. A unique approach for the determination of the fundamental rate controlling parameters for the degradation and recovery process was carried out by observing the variation of the short-circuit current. The experimental annealing of a-Si:H silicon samples showed that the percent recovery from the degraded state to the as-grown state by annealing was virtually independent of the initial state at the start of the annealing process. This allowed the recovery parameters to be determined independently of the prior degradation process. An extremely simple and fast running algorithm for the long-term performance was developed in terms of the incident solar radiation, the panel temperature, and the total radiation exposed. Also it was found that the entire process of the Staebler-Wronski effect could be adequately represented by a correlation in which the degradation and recovery processes are solely a function of the total radiation exposure of the panel at ambient conditions.

Η εργασία μας περιλαμβάνει δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος μελετάται η επίδραση της αύξησης της πίεσης στις παραμέτρους του πλάσματος και πως οι παρατηρούμενες μεταβολές επιδρούν τόσο στο ρυθμό ανάπτυξης όσο και στη δομή των εναποτιθέμενων υμενίων. Στο δεύτερο μέρος με τη μεταβολή της χημικής σύστασης του αέριου μίγματος μελετάται η εύρεση του σημείου όπου εναποτίθεται πλέον άμορφο υδρογονωμένο πυρίτιο αντί για μικροκρυσταλλικό. Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν ο προσδιορισμός των παραμέτρων που οδηγούν τελικά στην απώλεια της κρυσταλλικής δομής των υμενίων. Τέλος, μελετάται η επίδραση τις προσθήκης εξωτερικής πόλωσης στο ηλεκτρόδιο που στηρίζεται το υπόστρωμα στις παραμέτρους του πλάσματος και στη δομή των εναποτιθέμενων υμενίων. Το κείμενο της παρουσίασης χωρίζεται σε επτά κεφάλαια, το πρώτο από τα όποία είναι τούτη η εισαγωγή Το δεύτερο κεφάλαιο αφορά το πειραματικό μέρος των πειραμάτων. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζεται η πειραματική διάταξη όπου πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα ενώ επιπρόσθετα αναλύονται οι διαγνωστικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία. Στο τρίτο κεφάλαιο πραγματοποιείται αρχικά μια ανασκόπηση των παραλλαγών της χημικής εναπόθεσης μέσω πλάσματος που έχουν προταθεί τα τελευταία χρόνια και οδηγούν σε υψηλότερους ρυθμούς ανάπτυξης υμενίων πυριτίου κατάλληλων για εφαρμογή σε ιδιοσυσκευές. Στη συνέχεια παρατίθενται τα αποτελέσματα της μεθόδου που επιλέχθηκε να εφαρμοσθεί στο εργαστήριο Τεχνολογίας Πλάσματος. Πιο συγκεκριμένα, επιλέχθηκε η εναπόθεση υμενίων σε υψηλές πιέσεις (1-10 Torr) σε εκκενώσεις σιλανίου υψηλής αραίωσης σε υδρογόνο για την εναπόθεση υδρογονωμένου μικροκρυσταλλικού πυριτίου, για διαφορετικές αποστάσεις ηλεκτροδίων (12-25 mm). Η ανάλυση των αποτελεσμάτων εστιάζεται στις μεταβολές των παραμέτρων του πλάσματος με την αύξηση της πίεσης και στο πως οι μεταβολές αυτές επιδρούν στη βελτιστοποίηση του ρυθμού ανάπτυξης του υλικού. Στο τέταρτο κεφάλαιο διερευνάται η επίδραση της μεταβολής της πίεσης στη δομή των υμενίων. Οι εναποθέσεις των υμενίων πραγματοποιήθηκαν στις βέλτιστες συνθήκες που προσδιορίστηκαν πειραματικά στο προηγούμενο κεφάλαιο. Διαπιστώθηκε ότι τα υμένια τα οποία εναποτέθηκαν σε αυτές τις συνθήκες παρουσιάζουν υψηλό ποσοστό κρυσταλλικότητας (>70%). Η αύξηση της πίεσης ενισχύει το ποσοστό κρυσταλλικότητας μόνο κατά την αύξηση της από το 1 στα 2.5 Torr ενώ στη συνέχεια με περαιτέρω αύξηση διατηρείται σχεδόν σταθερό. Η συμπεριφορά αυτή αναλύεται περαιτέρω με βάση και τη σύσταση του αέριου μίγματος. Στη συνέχεια έμφαση δίνεται στις πληροφορίες που μπορούν να εξαχθούν από τις διαγνωστικές τεχνικές για τα χαρακτηριστικά των υμενίων, δηλαδή τον τρόπο σύνδεσης του υδρογόνου στο στερεό καθώς και την τάση (stress) των υμενίων. Στο πέμπτο κεφάλαιο περνάμε στο δεύτερο μέρος της διατριβής. Διερευνάται η επίδραση της μεταβολής της χημικής σύστασης του αερίου μίγματος, πιο συγκεκριμένα η αύξηση του ποσοστού SiH4, στις μικροσκοπικές παραμέτρους του πλάσματος. Στη συνέχεια εξετάζεται ποιες από αυτές τις παραμέτρους κατέχουν καθοριστικό ρόλο στη μεταβολή της φάσης του υλικού, από μικροκρυσταλλικό σε άμορφο υδρογωνομένο πυρίτιο. Έμφαση δίνεται στο ρόλο της ροής των φορτισμένων σωματιδίων και του ατομικού υδρογόνου προς την επιφάνεια και διερευνάται περαιτέρω αν οι μεταβολές αυτές επιδρούν στη αλλαγή της δομής. Στο έκτο κεφάλαιο της διατριβής επιλέχθηκε να τροποποιηθεί η ενέργεια με την οποία τα ιόντα προσκρούουν στην αναπτυσσόμενη επιφάνεια με την προσθήκη μιας εξωτερικής πόλωσης στο ηλεκτρόδιο στο οποίο στηρίζεται το υπόστρωμα. Σκοπός των πειραμάτων αφενός ήταν η μελέτη των μεταβολών στις ιδιότητες του πλάσματος με την προσθήκη της πόλωσης και αφετέρου η επίδραση αυτής της μεταβολής της ενέργειας των ιόντων στο ρυθμό ανάπτυξης και στη δομή των εναποτιθέμενων υμενίων. Η μελέτη των μεταβολών των παραμέτρων του πλάσματος είναι απαραίτητη για την εξαγωγή αξιόπιστων συμπερασμάτων και επιπρόσθετα παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον καθώς δεν έχει αναφερθεί μια ανάλογη μελέτη στη βιβλιογραφία. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε συνθήκες που οδηγούν σε εναπόθεση υμενίων σε συνθήκες κοντά στο σημείο μετάβασης από άμορφο σε μικροκρυσταλλικό πυρίτιο για τη διερεύνηση του ρόλου των ιόντων. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα της εργασίας και διατυπώνονται προτάσεις για τη συνέχιση της ερευνητικής προσπάθειας στο μέλλον. / -

No description available.

In the past few years, the solution-processed organic based solar cells gained more importance by meeting the demands for cost effective photovoltaic devices. To date, the focus of the organic photovoltaic devices has been on the optimization of the processing the materials to improve photo conversion efficiency and also by modifying the active components of the organic materials. Recently, it has been recognized that the deposition techniques also plays a major role in enhancing the power conversion efficiencies. Currently, though the most common deposition technique for organic solar cells is spin coating, which does not allow scaling up of the large device area. As an alternative method, a simple airbrush spray deposition technique has been developed to fabricate the test devices. The film thickness of the layers was characterized under scanning electron microscope. Devices with different thickness (1000 nm, 500 nm, 240 nm) of poly(3,4-ethylenedioxythipohene) polystyrene sulfonate (PEDOT.PSS) and active layers are prepared and their photovoltaic performances have been evaluated and compared by plotting the IV curves with respect to each thickness. Maintaining the distance between the substrate and the airbrush nozzle the thickness of the layers was controlled. From the results, we found that the test devices with 500 nm thickness of PEDOT.PSS and active layers shows the best device performance with highest current density of 3.97 mA/cm2, open circuit voltage of 1.3 V and power conversion efficiency of 2.34%. As a control experiment, devices were also developed using the standard poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl):phenyl-C61-butyric acid methyl ester (P3HT:PCBM) system, but the power conversion efficiencies of these devices were not promising with respect to the literature results. Future studies of this project will focus on improving the power conversion efficiency of poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)/perylenediimide bridged system (P3HT/PDIB) by developing a new device architecture called “tandem solar cells” which consists of multiple layers of different donor and acceptor blends with inorganic transition metal oxides such as zinc oxide and molybdenum oxides.

The objective of this thesis is to understand and improve optical and electrical confinement to achieve cost-effective high-efficiency thin p-type Si solar cells. Optical confinement is achieved by front surface texturing in conjunction with an internal reflective layer on the back surface. Electrical confinement is obtained through the use of a high-lifetime material coupled with high-quality passivation on both surfaces. This research is divided into five tasks. In the first task, Ga-doped Cz Si was investigated to achieve a high and stable lifetime. It was found that for 1 ohm-cm nominal-resistivity screen-printed Al-back surface filed (BSF) cells, the Ga-doped ingot gave ~1.5% higher absolute efficiency after light-soaking relative to the B-doped counterpart. The benefit of using Ga is therefore quite explicit. In the second task, the screen-printed Al-BSF was investigated to explore its potential and limitations for achieving high-efficiency cells. It was found that there exists a critical alloying temperature for a given Al-thickness, above which the Al-BSF becomes non-uniform and cell performance starts to degrade. This puts a limit on the quality of the Al-BSF that can be achieved. An alternative way of back passivation involving dielectric/metal layers was therefore explored. In Task three, two key requirements for achieving high-efficiency dielectric back-passivated cells were established through device modeling. These are (1) a formation of a high-quality BSF underneath the local back contact through vias in the dielectric and (2) a high-quality dielectric passivation with either a moderate positive charge density or a high negative charge density. Task four involved the development of a metallization technique through vias in the dielectric to achieve a high-quality contact and an efficient internal reflector in conjunction with a high-quality local BSF. Further, a novel dielectric system composed of a spin-on SiO<SUB>2</SUB> layer capped with SiN<SUB>x</SUB> was developed that exhibited excellent passivation and a moderate positive charge density. The final task involved fabrication and analysis of dielectric back-passivated cells. The new dielectric and process sequence developed in this thesis resulted in screen-printed solar cells with efficiency as high as 19% with the potential for 20% efficient cells on 100-µm thick Si substrates.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [108]-114).

Thesis (Ph. D.)--Rutgers University, 2008. / "Graduate Program in Electrical and Computer Engineering." Includes bibliographical references (p. 118-122).

Thesis (M.S.)--Florida State University, 2006. / Advisor: Peter Kalu, Florida State University, College of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering. Title and description from dissertation home page (viewed Sept. 22, 2006). Document formatted into pages; contains x, 77 pages. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 116-123).