Kidevirheiden kontrollointi mustassa piissä

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Musta pii, eli nanokuvioitu piin pinta, on tällä hetkellä aurinkokennoyhteisön suurena mielenkiinnon kohteena erinomaisten optisten ominaisuuksiensa ansiosta. Aurinkokennoihin liittyvä mustan piin tutkimus onkin aiemmin keskittynyt lähinnä heijastuksen ja pintarekombinaation vähentämiseen, ja nanokuvioitujen pintojen muut mahdolliset vaikutukset ovat jääneet vähemmälle huomiolle. Tässä väitöskirjassa laajennetaan mustan piin tutkimusaihetta käsittämään pintojen lisäksi myös ilmiöitä, joihin nanokuvioitu pinta vaikuttaa syvällä piikiekossa. Väitöskirjassa keskitytään ensin musta pii -pintoihin. Työssä osoitetaan, että märkäsyövytyksellä valmistetun mustan piin optisten ja sähköisten ominaisuuksien välillä ei tarvita kompromisseja, kun pinta passivoidaan atomikerroskasvatetulla (ALD) alumiinioksidilla (Al2O3). Yleisimpien kennorakenteiden etupinnalla on kuitenkin n-tyyppinen kerros, jonka passivointiin negatiivisia varauksia sisältävä Al2O3 ei sovellu hyvin. Ongelmaa lähestytään ALD SiO2/Al2O3 kaksoiskalvolla, jonka positiivisen varauksen avulla rekombinaatiota saadaan vähennettyä myös voimakkaasti seostetulla n-tyypin musta pii -pinnalla. Sen lisäksi, että korkea n-tyypin seostus hankaloittaa pinnan passivointia, työssä osoitetaan, että se myös kiihdyttää piin syöpymistä pesuliuoksissa. Nämä ilmiöt on huomioitava integroitaessa mustaa piitä korkean hyötysuhteen aurinkokennoihin. Toisena pääteemana työssä tutkitaan mustan piin vaikutusta syvällä piikiekossa tapahtuviin ilmiöihin. Mustan piin näytetään tehostavan haitallisten metalliepäpuhtauksien getterointia: rautakontaminoiduissa nanokuvioiduissa kiekoissa vähemmistövarauksenkuljettajien elinaika on getteroinnin jälkeen yli kolme kertaa niin suuri kuin vastaavissa kuvioimattomissa näytteissä (720 µs vs. 200 µs). Epäpuhtauksien getteroinnin lisäksi mustan piin näytetään vaikuttavan myös toiseen keskeiseen substraatissa tapahtuvaan ilmiöön: valaistuksen aiheuttamaan suorituskyvyn heikkenemiseen (LID). Valaisun aikana mustat monikiteiset kennot säilyttävät tehokkuutensa, kun taas perinteisesti kuvioidut kennot kärsivät voimakkaasta LID-ilmiöstä. Väitöskirjan tulokset osoittavat siten, että mustan piin edut eivät rajoitu vain erinomaisiin optisiin ominaisuuksiin. Lopuksi testataan kuivasyövytetyn mustan piin soveltuvuutta teollisiin monikiteisiin kennoihin ja paneeleihin. Hauraan nanorakenteen osoitetaan säilyvän ehjänä kenno- ja paneeliprosessoinnissa teollisilla valmistuslinjastoilla. Työssä valmistetut paneelit näyttävät tasaisen mustilta kaikkien prosessivaiheiden jälkeen. Lisäksi mustien paneelien näytetään säilyttävän suorituskykynsä 60° valon tulokulmaan asti, kun taas perinteiset paneelit alkavat menettää suorituskykyään jo 30° kallistuksen jälkeen. Tulokset siten vahvistavat, että mustan piin erinomaiset optiset ja sähköiset ominaisuudet säilyvät myös paneelitasolla.
Julkaisun otsikon käännösKidevirheiden kontrollointi mustassa piissä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Savin, Hele, Vastuuprofessori
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8748-1
Sähköinen ISBN978-952-60-8749-8
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • musta pii
  • aurinkokenno
  • pintapassivointi
  • getteronti
  • valodegradaatio

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Kidevirheiden kontrollointi mustassa piissä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä