Disputas: Margrethe Holmer Rein

Master i Teknologi Margrethe Holmer Rein ved Fysisk institutt vil forsvare sin avhandling for graden ph.d: "Sputter deposition and characterization of indium-tin-oxide thin films and indium-tin-oxide/silicon interfaces for silicon solar cell application"

Margrethe Holmer Rein

Tid og sted for prøveforelesning

Se prøveforelesning

Bedømmelseskomité

  • Dr. Marika Edoff, Uppsala University, Sverige
  • Professor Marco Fanciulli, University of Milan, Italia
  • Professor Aasmund Sudbø, Universitetet i Oslo

Leder av disputas

Førsteamanuensis Helge Balk

Veileder

  • Forsker Arve Holt, Institutt for energiteknikk
  • Professor Edouard Monakhov, Universitetet i Oslo
  • Dr. Jeyanthinath Mayandi, Madurai Kamaraj University, India

Sammendrag

 De beste og mest effektive solcellene basert på silisium i dagens marked er HIT-solcellene (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) til Panasonic. Disse har i dag en virkningsgrad på 25,6 prosent. For at man skal kunne produsere slike solceller kreves det gode materialer og gode grenseflater mellom materialene som muliggjør transport av strømmen som genereres i solcellen.

I avhandlingen «Sputter deposition and characterization of indium-tin-oxide thin films and indium-tin-oxide/silicon interfaces for silicon solar cell application», utført ved Institutt for energiteknikk (IFE), har vi forsket nettopp på slike materialer og grenseflater.

Materialet indium-tin-oksid (ITO) kan brukes på toppen av en solcelle for å slippe lys inn i solcellen og lede strømmen som genereres ut fra solcellen. I vår forskning har vi studert hvordan grenseflaten mellom ITO og silisium ser ut. Grenseflaten mellom ITO og silisium er avgjørende for å få god virkningsgrad på en HIT-solcelle.

For å produsere filmene har vi anvendt sputter deponering. Dette er en velkjent metode for å lage tynne filmer av blant annet metaller. Det ene studiet ble gjort ved Technische Universität Darmstadt (TUD) i Tyskland. Der har de et instrument som kombinerer både sputtering og karakterisering for å kunne studere de kjemiske sammensettingene i stoffer ved hjelp av måleinstrumentet X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), uten å utsette prøvene for luft. Dette oppsettet muliggjør studier av grenseflater. Dersom man legger ultra-tynne lag av et materiale oppå et annet vil man med XPS kunne se hvordan stoffene i disse materialene binder seg til hverandre. Analyser av XPS-resultatene fra TUD ble utført med hjelp fra eksperter fra IFE og SINTEF.

Konklusjonen i denne studien var at grenseflaten mellom silisium og ITO er bedre enn tidligere antatt. Studiet viste at et tynt sjikt med isolerende materiale, som naturlig oppstår mellom ITO og silisium, inneholdt metalliske partikler og på langt nær var så isolerende  som tidligere publikasjoner viste til. Dette betyr at strømmen lett kan transporteres mellom de to materialene.

Instrumentet ved TUD har eksistert i mange år, men et liknende eksperiment har likevel aldri før vært utført. Videre forskning kan avdekke hva som påvirker oppbygningen av slike grenseflater og dermed kan det bli mulig å lage en prosess for å produsere en optimal grenseflate, slik at solcellenes virkningsgrad blir enda høyere.

Forbedringer av solcellenes virkningsgrad er avgjørende for å kunne gjøre miljøvennlig solstrøm mer konkurransedyktig. Jo høyere virkningsgrad, desto mer får man ut av hver krone investert i solcellen. En annen måte å gjøre solcellene mer konkurransedyktig på er å redusere kostnadene ved produksjon. Dette har vært et annet fokus i avhandlingen. Der man tidligere har benyttet mye energi i form av varme for å lage gode tynne filmer av ITO har vi klart å lage minst like gode eller bedre filmer helt uten bruk av varme. Ved en del prøving har vi kommet fram til en produksjonsprosess for ITO- filmer som slipper gjennom tilnærmet 95 prosent av sollyset og leder strøm svært godt. Resultatene er noen av de beste publisert innen forskning på dette området.

For mer informasjon

Kontakt ekspedisjonskontoret:

e-post: ekspedisjon@fys.uio.no

Telefon: 22 85 64 28

Publisert 16. okt. 2015 11:21 - Sist endret 29. okt. 2015 09:01