Atomic layer deposited alumina on black silicon: passivation, electrical properties and application to high-efficiency solar cells

Julkaisun otsikon käännös: Atomikerroskasvatetulla alumiinioksidilla passivoitu musta pii: sähköiset ominaisuudet ja soveltaminen tehokkaihin aurinkokennoihin

Guillaume von Gastrow

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Musta pii kostuu piinanorakenteista ja vähentää huomattavasti valon heijastusta pinnalta. Musta pii onkin tullut viimeisinä vuosikymmeninä suosituksi tutkimuskohteeksi aurinkokennosovelluksissa. Mustassa piissä varauksenkuljettajien rekombinaatio kuitenkin lisääntyy suuremman pinta-alan takia, mikä heikentää aurinkokennon hyötysuhdetta. Tässä väitöskirjassa tutkitaan mustan piin rekombinaatioilmiöitä ja esitetään menetelmiä niiden vähentämiseksi. Työssä tutkitaan ensin atomikerroskasvatettuja aluminaohutkalvoja (Al2O3), joissa on käytetty otsonia lähtöaineena. Otsonipohjaisella prosessilla saavutetaan merkittävästi parempi passivointikyky kuin vesipohjaisella prosessilla. Tehokkaamman passivointikyvyn todettiin johtuvan piipinnan sähköisten ominaisuuksien paranemisesta, ja sen havaittiin riippuvan otsonipitoisuudesta. Väitöstutkimuksen perusteella Si/Al2O3-rajapinnan kemialliset ominaisuudet riippuvat hapetin-tyypistä ja vaikuttavat ohutkalvon passivoinnin tehokkuuteen. Lisäksi työssä kehitetään empiirinen kaava pinnan nanorakenteiden dimensioiden vaikutuksesta passivointitehokkuuteen, joka yhdistää pintarekombinaationopeuden ja pintavarauksen suuruuden. Al2O3-ohutkalvolla päällystetyn mustan piin pintavaraus aiheuttaa erittäin voimakkaan sähkökentän, mikä johtaa alle 7 cm/s pintarekombinaationopeuksiin heikosti seostetussa n-tyypin piissä. Tuloksia hyödynnetään takakontaktiaurinkokennoissa, jotka vaativat heikon etupinnan seostuksen ja tehokkaan pintapassivoinnin. Mustasta piistä valmistetuissa n- ja p-tyypin takakontaktikennoissa saavutetaan lähes 95 % ulkoinen kvanttihyötysuhde suurimmalla osalla auringonvalon spektrialuetta. Tämä vastaa 22.1 % kokonaishyötysuhdetta. Lopuksi tutkitaan boorilla seostetun mustan piin rekombinaatioilmiöitä. Diffuusiolla tehty seostus, joka on yleinen mikrovalmistustekniikka, aiheuttaa mustaan piihin voimakasta rekombinaatiota. Tässä työssä osoitetaan, että ioni-istutustekniikka mahdollistaa seostusannoksen tarkan kontrollin ja aiheuttaa vähemmän rekombinaatiota. Alumina-ohutkalvo edistää merkittävästi myös seostetun pinnan passivointia. Työssä esitelty menetelmä mahdollistaa siten korkean hyötysuhteen valmistamisen mustasta piistä myös etukontaktiaurinkokennoissa.
Julkaisun otsikon käännösAtomikerroskasvatetulla alumiinioksidilla passivoitu musta pii: sähköiset ominaisuudet ja soveltaminen tehokkaihin aurinkokennoihin
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Savin, Hele, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7550-1
Sähköinen ISBN978-952-60-7549-5
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • atomikerroskasvatus
  • musta pii
  • passivointi
  • aurikokennot
  • alumiinioksidi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Atomikerroskasvatetulla alumiinioksidilla passivoitu musta pii: sähköiset ominaisuudet ja soveltaminen tehokkaihin aurinkokennoihin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä