Abstrakti
Piiaurinkokennojen pintarekombinaatio pienentää varauksenkuljettajien keräystodennäköisyyttä ja voi näin ollen laskea aurinkokennojen hyötysuhdetta. Tämän epäsuotuisan ilmiön vähentämistä tutkitaan tässä työssä passivoimalla piin pinta erilaisilla atomikerroskasvatetuilla (ALD) ohutkalvoilla. Pintapassivoinnin laatu alumiinioksidilla (Al2O3) tai hafniumoksidilla (HfO2) riippuu ALD-prosessissa käytettävästä oksidantista. Alumiininitridin (AlN) tapauksessa korkeampi kasvatuslämpötila johtaa parempaan pintapassivointiin ja yli 1 ms:n elinaika on saavutettavissa lisäämällä koronavarausta kiekkojen pinnalle. Kokonaisuudessaan kaikki tässä työssä tutkitut ohutkalvot takaavat hyvän pintapassivoinnin ja hyvälaatuisen ohutkalvo/pii -rajapinnan.
Pintapassivoinnin roolista tulee vielä suurempi mustan piin (nanokuvioitu piin pinta) tapauksessa suuremman pinta-alan johtaessa korkeampaan pintarekombinaationopeuteen. Musta pii on herättänyt mielenkiintoa erityisesti potentiaalisena aurinkokennojen etupinnan kuviointina, koska se vähentää pintaheijastusta laajalla aallonpituusalueella ja myös suurilla tulokulmilla. Hyöty matalasta pintaheijastuksesta on kuitenkin jäänyt vähäiseksi suuren pintarekombinaation vuoksi. Tässä työssä osoitetaan, että konformaalinen ALD alumiinioksidi voi ratkaista mustan piin pintapassivointiongelman. Erinomaisen pintapassivoinnin lisäksi Al2O3 laskee jo valmiiksi matalaa heijastusta entisestään: alle 1 %:n heijastus saavutetaan koko aurinkokennoille merkityksellisellä aallonpituusalueella.
Koska pintapassivointiongelma on saatu ratkaistua, testataan mustan piin toimivuutta myös erilaisissa valosähköisissä komponenteissa mukaan lukien kaksi aurinkokennoa ja valodiodi. Ensimmäiseksi osoitetaan, ettei emitteridiffuusio heikennä mustan piin optisia ominaisuuksia ja että myös korkeasti boorilla seostettu mustan piin pinta saadaan tehokkaasti passivoitua alumiinioksidilla. Tätä tietoa hyödynnetään n-tyypin etukontaktikennojen valmistuksessa, joiden etupinnalla on mustaa piitä ja Al2O3-kalvo. Näillä kennoilla saavutetaan 18.7 %:n hyötysuhde. Vielä korkeampi hyötysuhde – 22.1 % – saavutetaan takakontaktikennoilla. Lopuksi mustan piin ja ALD Al2O3 -passivoinnin yhdistelmää hyödynnetään valodiodissa, jolla saavutetaan yli 96 %:n kvanttihyötysuhde koko mitatulla spektrialueella (250-950 nm). Tämä osoittaa, että mustan piin ja ALD Al2O3 passivoinnin yhdistelmän soveltuvuus ei rajoitu ainoastaan aurinkokennoihin, vaan potentiaalisia käyttökohteita ovat myös muut optoelektroniikan sovellukset.
Julkaisun otsikon käännös | Mustaa piitä hyödyntävien valosähköisten komponenttien pintarekombinaation vähentäminen atomikerroskasvatuksen avulla |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-60-6918-0 |
Sähköinen ISBN | 978-952-60-6919-7 |
Tila | Julkaistu - 2016 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- musta pii
- atomikerroskasvatus
- pintapassivointi
- valosähköinen komponentti