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 käännös | Atomikerroskasvatetulla alumiinioksidilla passivoitu musta pii: sähköiset ominaisuudet ja soveltaminen tehokkaihin aurinkokennoihin |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-7550-1 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-7549-5 |
Tila | Julkaistu - 2017 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 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.Laitteet
-
-
OtaNano Nanomikroskopiakeskus
Seitsonen, J. (Manager) & Rissanen, A. (Other)
OtaNanoLaitteistot/tilat: Facility