Abstrakti
Maailmanlaajuisesti kasvavan energiantarpeen tyydyttäminen kestävällä tavalla vaatii suuret määrät matalahiilistä energiantuotantoa. Tämä väitöskirja alkaa pohtimalla useita energia-intensiivisiä teollisuudenaloja, joiden oletetaan kasvavan paljon tulevaisuudessa, ja jotka sopivat lähtökohtaisesti hyvin yhteen erään tietyn vähähiilisen energiatuotantomuodon kanssa: aurinkosähkön. Tällaisia teollisuudenaloja ovat esimerkiksi sähköautot, meriveden suolanpoisto ja asuintilojen jäähdytys, jotka voivat kaikki periaatteessa tukea jopa TW-luokan aurinkosähkötuotantokapasiteetteja vuosisadan loppuun mennessä, helpottaen siten aurinkosähkön tuotannon vaihtelusta koituvia ongelmia.
Tämä väitöskirja pyrkii auttamaan aurinkosähköteollisuutta saavuttamaan TW-luokan potentiaalinsa kehittämällä työkaluja, joilla voidaan hallita paremmin piissä olevia haitallisia epäpuhtausjäämiä, erityisesti rautaerkaumia, ja täten parantaa piipohjaisten aurinkokennojen kustannustehokkuutta. Tehokkaan rautaerkaumien karakterisointimenetelmän, synkrotronipohjaisen röntgensädefluoresenssispektroskopian tuotteliaisuutta parannetaan yli kertaluokalla kalibroimalla uusi mittausmenetelmä. Karakterisointitekniikan lisäksi myös rautaerkaumien simulaatiotekniikoiden tuotteliaisuutta parannetaan noin kertaluokalla. Tämä tehdään vertailemalla erilaisia fysikaalisia malleja rautaerkaumien simuloimiselle ja näyttämällä että yksinkertaiset ja nopeat mallit ovat tarpeeksi tarkkoja.
Seuraavaksi näillä tekniikoilla parannetaan sekä vakiintuneita että tulevia aurinkokennojenvalmistusprosesseja edistämällä rautaerkaumien hallitsemista prosessien aikana. Aluksi esitellään mahdollisesti teolliseen käyttöön sopiva prosessi, jolla voidaan vähentää monikiteisen piin valmistuksessa aiheutuvia materiaalihäviöitä jopa 30 %. Esitetty prosessi lisää korkean lämpötilan toivutuksen tyypillisen piiaurinkokennoprosessin alkuun. Tämä toivutus liuottaa rautaerkaumat jättäen ne helpommin hallittavaan pistevirhemuotoon loppuprosessin ajaksi.
Lopuksi esitellään kattava malli rautaerkaumien käyttäytymisestä ioni-istutetuissa aurinkokennoissa. Tässä työssä havaitaan, että ioni-istutettujen aurinkokennojen tapauksessa rautaerkaumat saattavatkin olla myös hyödyksi, eivätkä pelkästään haitaksi. Ioni-istututuksen aiheuttamat hilavirheet voivat nimittäin toimia heterogeenisinä erkaumapaikkoina raudan pistevirheille ja täten siirtää pistevirheitä piikiekon keskeltä sen pintaan, jossa ne ovat vähemmän haitallisia aurinkokennon toiminnalle. Tämä mekanismi vahvistetaan kokeellisesti, ja mekanismille esitellään fysikaalinen malli, joka mahdollistaa ioni-istutettujen aurinkokennojen prosessoinnin optimoinnin.
Julkaisun otsikon käännös | Rautaerkaumien hyödyt ja haitat kiteisissä piiaurinkokennoissa |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-7909-7 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-7910-3 |
Tila | Julkaistu - 2018 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- pii
- aurinkokenno
- metalliepäpuhtaus
- getterointi