Üleminek taastuvenergiale nõuab säästvate ja kulutõhusate elektrienergia tootmise tehnoloogiate arendamist. Päikeseenergeetika on kõige kiiremini kasvav taastuvenergia valdkond, kus kristallilisel ränil põhinevad päikesepaneelid domineerivad. Kuigi räni on küps tehnoloogia, peaksid järgmise põlvkonna päikeseelementide materjalid olema mittetoksilised, stabiilsed, efektiivsed, kerged ja mehaaniliselt painduvad, et vähendada ressursikulu ja võimaldada laialdasemaid rakendusi. Cu2ZnSn(S,Se)4-l põhinevaid õhukesekilelisi päikeseelemente, mis vastavad eeltoodud kriteeriumitele, peetakse paljulubavaks alternatiiviks räni tehnoloogiatele. Nende seni kõrgeim päikeseenergia elektrienergiaks muundamise efektiivsus 16,5%, ei ole siiski veel piisav tehnoloogia konkurentsivõimeliseks kommertsialiseerimiseks. Kesteriidid on mittekriitilisi elemente sisaldavad p-tüüpi pooljuhtmaterjalid, millede keelutsooni on võimalik muuta energiavahemikus 1,0 kuni 1,57 eV. Kesteriidil põhinevate päikeseelementide efektiivsust piirab peamiselt avatud ahela pinge defitsiit, mis on põhjustatud eelkõige kahjulike punktdefektide ning defektiklastrite kõrgest kontsentratsioonist. Viimased põhjustavad absorbermaterjalis keelutsooni ning elektrostaatilise potentsiaali fluktuatsioone, mille tulemusena tekivad valents- ja juhtivustsooni sabad, mis omakorda suurendavad mittekiirguslikku rekombinatsiooni ning materjali keelutsooni kitsenemist.
Arvestades defektide kriitilist mõju päikeseelemendi efektiivsusele, keskendub antud doktoritöö kesteriidi defektstruktuuri ning laengukandjate dünaamika uurimisele. Peamiseks tööriistaks defektide uurimisel oli fotoluminestsents spektroskoopia, mille rakendamisel seati täiendavaks eesmärgiks mõõdetud luminestsentsiribade käitumise täpsem tõlgendamine ja modelleerimine. Uuritavate absorbermaterjalide ning päikeseelementide valmistamiseks kasutati ainulaadset monoterakiht-tehnoloogiat, mis võimaldab saada kõrgkvaliteedilisi absorbermaterjale ning kergeid ja painduvaid päikeseelemente.
Doktoritöö annab põhjaliku ülevaate kiirgusliku rekombinatsiooni maastikust kesteriitsetes absorbermaterjalides ning panustab kristallvõre korrastatuse mõju, luminestsentskiirguse modelleerimise ja materjali keelutsooni reguleerimise läbi kesteriitide tehnoloogia arengusse. Töö tulemused panevad aluse järgnevatele strateegiatele kesteriitide defektstruktuuri muutmiseks ning seeläbi vastavate päikeseelementide efektiivsuse parandamiseks.

Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus

Juhendajad: täisprofessor tenuuris Maarja Grossberg-Kuusk ning kaasprofessor tenuuris Marit Kauk-Kuusik (TalTech)

Oponendid:

• Dr. Thomas Unold (Helmholtzi Materjalide ja Energia Keskus Berliinis, Saksamaa)
• professor Marco Kirm (Tartu Ülikool, Eesti)