Studium mikrostruktury tenkých vrstev a povrchů.

Ing. Veronika VAVRUŇKOVÁ

Disertační práce

Microstructure study of thin films and surfaces

Anotace:

Předmětem práce jsou tenké vrstvy hydrogenizovaného amorfního křemíku (a-Si:H) využívaného jako absorpční vrstva ve fotovoltaických článcích (FVČ) II. generace. Vrstvy byly připraveny metodou plasmou podpořené chemické depozice (PECVD) ze silanu zředěného vodíkem. Zředění R určuje množství začleněného vodíku ve struktuře a ukázalo se jako významný parametr při utváření, růstu a stabilitě vrstev a-Si:H. Mikrostruktura vrstev z amorfní podoby k mikrokrystalické (?c-Si:H) se vyvíjí v závislosti na zředění, ale závisí i na tloušťce vrstvy. Degradační experimenty prokázaly větší stabilitu vůči světelné expozici vrstev spojenou s konceptem mikrostruktury protokrystalického křemíku. Hodnocená mikrostruktura v závislosti na zředění a tloušťce vrstev byla provedena především pomocí těchto experimentálních metod: rtg difrakce, Ramanovy a infračervené spektrometrie, transmisní elektronové mikroskopie. Dále bylo sledováno, že na mikrostrukturní uspořádání má také vliv druh použitého substrátu. Zjištěné mikrostrukturní vlastnosti a-Si:H tenkých vrstev byly dány do souvislosti s optickými parametry, jako jsou především šířka zakázaného pásu, index lomu, absorpční koeficient, aj. Optické vlastnosti a-Si:H vrstev jsou závislé právě na mikrostruktuře. Dále byl připraven materiál polykrystalického křemíku rekrystalizací a Si:H vrstev, jež je vhodný pro tandemové FVČ. Vývoj krystalizačního procesu byl monitorován ?in situ? ve vysokoteplotní komoře rtg difrakcí.

Abstract:

The subject of the work are thin films of amorphous hydrogenated silicon (a-Si:H) used as an absorber film in photovoltaic cells of II. generation. The films were prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) from silane diluted with hydrogen. Dilution R determines the amount of hydrogen incorporated in the structure and proved to be a significant parameter in the formation, growth and stability of the a-Si:H films. Microstructure of the films from amorphous form to microcrystalline (?c-Si:H) evolves according to the dilution, but also depends on the thickness of the film. Degradation experiments have shown higher stability against light exposure of the films associated with the concept of proto-crystalline silicon microstructure. Microstructure depending on the dilution and thickness of the films was carried out mainly by following experimental methods: X ray diffraction, infrared and Raman spectroscopy, transmission electron microscopy. It has been observed that the microstrucute of the films was also affected by the type of substrate. Microstructural properties of a-Si: H thin films were correlated with optical parameters such as band gap, refractive index, absorption coefficient, etc. Optical properties of a-Si:H films depend on microstructure. An additional material which was prepared by recrystallization of a Si:H at moderate temperatures ~ 600 °C. The recrystallized polycrystalline silicon (pc-Si) is suitable for tandem solar cells. The development of the crystallization process was monitored "in situ" in the high-temperature chamber by X ray diffraction.

Klíčová slova

tenké vrstvy, hydrogenizovaný amorfní křemík, mikrostruktura, optické vlastnosti, rtg difrakce, Ramanova spektrometrie, infračervená spektrometrie

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 1. 2012

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 5. 2012

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta strojní

Doktorský studijní program / obor:
Strojní inženýrství / Materiálové inženýrství a strojírenská metalurgie