Disputas: Knut Erik Knutsen

M.Sc. Knut Erik Knutsen ved Fysisk institutt vil forsvare sin avhandling for graden ph.d: ”Defects, impurities and band engineering in mono-crystalline zinc oxide”

 

Knut Erik Knutsen

Tid og sted for prøveforelesning

Se prøveforelesning

Bedømmelseskomité

Leder av disputas

Førsteamanuensis Helge Balk

Veileder

Sammendrag

Kandidaten har studert grunnleggende defekter og urenheter i sink oksid (ZnO). ZnO er en halvleder med et vidt direkte båndgap, er gjennomsiktig og har høy ledningsevne. Dette er egenskaper som man allerede utnytter for å øke effektiviteten i solceller og som kanskje en dag kan brukes til å lage billige og miljøvennlige lysdioder med hvitt lys.

Imidlertid er det flere aspekter ved materialet som ennå ikke er fullt ut forstått, som dermed gjør anvendelsen av materialet utfordrende. Spesielt kan det nevnes at manglende kunnskap om de grunnleggende defektene, samt problemer med å produsere p-type ZnO. Resultatet av denne studien har gitt viktig ny kunnskap om intrinsiske defekter i ZnO, og samtidig hatt et stort fokus på studier av urenheter (eksempelvis Li) som potensielt kan bidra til å realisere p-type ZnO.

Konkret så er den optiske signaturen til sink-vakans relaterte defekter i elektron bestrålt ZnO grodd fra smelte (‘melt grown’ ZnO) blitt identifisert. Det er påvist at både interstitielt oksygen samt sink-vakanser oppfører seg som akseptorer og bidrar til å redusere ledningsevnen i n-type ZnO bestrålt med elektroner. For elektroner med energi opp til 1.2MeV, er bidraget dominert av interstitielt oksygen. Videre er det vist hvordan Li erstatter sink i ZnO (substitusjonell konfigurasjon), og signaturen til denne defekten har blitt identifisert i både positron- og optisk spektroskopi. Det ble også vist hvordan man kan manipulere egenskapene til Li-dopet ZnO fra ledende til isolerende ved å endre kjøleraten tilbake til romtemperatur, etter doping ved høy temperatur. Det er også vist hvordan forhold utenfor prøven (overskudd av Zn eller O2) i stor grad påvirker diffusjon av Li inne i ZnO. Overskudd av oksygen fører til dramatiske fall i Li-konsentrasjonen som funksjon av dybde målt i materialet etter doping. Dette fallet er også blitt korrelert med det opprinnelige innholdet av n-type urenheter i materialet.

Tilslutt har kandidaten også gjennomført datasimuleringer som viser at en solcelle bestående av ZnO og silisium (Si) potensielt kan få økt effektiviteten fra 10% til 22% dersom ZnO legeres med magnesium oksid (MgO). Denne legeringen må optimeres slik at energinivåer (ledningsbåndene) i de to materialene er tilpasset hverandre, og dermed kan en unngå tap av den energien som blir generert av innkommende sollys.

For mer informasjon

Kontakt Ekspedisjonskontoret:

e-post: ekspedisjon@fys.uio.no

Telefon: 22 85 64 28

Publisert 6. mai 2013 10:17 - Sist endret 6. mai 2013 10:22