Õhukesekilelised päikesepatareitehnoloogiad, mis põhinevad binaarsetel antimoni kalkogeniididel Sb₂X₃, on pälvinud laialdast tähelepanu, sest neil on suurepärased optoelektroonilised omadused ja unikaalne kvaasi-ühemõõtmeline (Q–1D) kristallikasv. Seejuures on materjalid lihtsasti valmistatavad, neil on madal toksilisus ja nad koosnevad maapõues rohkesti leiduvatest keemilistest elementidest. Need omadused võimaldavad Sb₂X₃ materjale kasutada uuenduslikes päikesepatareide rakendustes, nagu näiteks tandem-päikesepatareid, värkvõrguseadmed (IoT), painduvad päikesepatareid ja ehitisintegreeritud päikesepatareid. Vaatamata Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ päikesepatareide kiirele arengule viimase kümnendi jooksul, tuleb nende jõudluste olulisemaks suurendamiseks lahendada mitmeid materjalitehnoloogilisi väljakutseid. Näiteks tuleb välja arendada kasvustrateegiaid Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ õhukestes kiledes laengute transporti soodustava kristalliidi orientatsiooni saavutamiseks ning saada ülevaade kiledes leiduvatest defektidest.
Käesoleva doktoritöö peamisteks eesmärkideks on välja töötada kasvustrateegiaid Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ õhukesekileliste päikesepatareide valmistamiseks lähidistants-sublimatsiooni (ingl close-spaced sublimation – CSS) meetodil ning uurida Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ kiledes esinevaid sügavaid defekte temperatuurist sõltuva kompleksjuhtivusspektroskoopia (ingl temperature-dependent admittance spectroscopy – TAS) abil.
Doktoritöö uudsus seisneb CSS substraadi temperatuuri optimeerimises, millel oli märkimisväärne mõju Sb₂S₃ ja Sb₂Se₃ kilede mikrostruktuuri kvaliteedile ja terade orientatsioonile. Idukihi rakendamine on üks töötlemisviise Sb₂Se₃ kile orientatsiooni suurendamiseks kristallisuunas. XRD pooluskujutiste ja EBSD kaardi kasutamine parandab ortorombiliste Sb₂X₃ kilede kristalliidi orientatsiooni analüüsi täpsust, kus järeldusi eelistatud orientatsiooni olemasolust tehakse tihtipeale ennatlikult. Sb₂S₃ õhukestes kiledes toodi välja pragunemisega seotud nähtused CSS substraadi
temperatuuridel üle 300 °C koos võimalike põhjuste ja tagajärgedega. TAS mõõtmiste abil leiti mitu potentsiaalselt sügavat defekti Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ absorberkihtides. Selle töö raames väljatöötatud sadestamisstrateegia Sb₂Se₃ ja Sb₂S₃ materjalide jaoks, parem ülevaade nende materjalide defektistruktuuridest ja teistest jõudlust piiravatest faktoritest panevad aluse tulevasele Sb₂(S,Se)₃ päikesepatareide arendustööle CSS meetodi abil.

Juhendajad: vanemteadur Nicolae Spalatu ning täisprofessor tenuuris Ilona Oja Acik (Tallinna Tehnikaülikool)

Oponendid:

• Dr. Jon Major (Liverpool´i Ülikool, Suurbritannia)
• professor Marco Kirm (Tartu Ülikool, Eesti)

Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus

Vaata Robert Krautmanni 3 minuti teadusvideot oma doktoritööst