Materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudi doktorant Robert Krautmann kaitseb 3. oktoobril 2023 algusega kell 13:00 oma doktoritööd "Development of Sb2Se3 and Sb2S3 Thin Film Solar Cells by Close-Spaced Sublimation" ("Sb2Se3 ja Sb2S3 õhukesekileliste päikesepatareide arendamine lähidistants-sublimatsiooni meetodil"). Kaitsmine toimub Tallinna Tehnikaülikooli peamaja VI õppehoone ruumis U06-442 (Ehitajate tee 5).
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