Bachelor's Thesis

Schottky solar cells with interface graphene/Si modified by gallium

Final Thesis 9.39 MB

Author of thesis: Ing. Ivo Hlavička

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zuzana Lišková, Ph.D.

Abstract:

Main focus of this bachelor thesis is on fabrication, characterization and modification of graphene-on-silicon Schottky solar cells. By transfering CVD graphene onto silicon wafer with electrodes, a basic Schottky junction was created. The junction was then modified by annealing in UHV chamber as well as by gallium deposition. Information about power conversion efficiency of such Schottky solar cells was then obtained by IV measurement. Schottky junction itself was analyzed using X-EBIC method.

Keywords:

graphene, CVD, Schottky junction, solar cell, gallium deposition, EBIC

Date of defence

24.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student se v rámci bakalářské práce aktivně podílel na realizaci Schottkyho solárních článku s polykrystalickou CVD grafenovou vrstvou. Solární článek byl připravován pomocí laserové litografie. Byl studován vliv teploty žíhání vzorků v UHV podmínkách a vliv Ga dopování na Shotkyho kontakt grafen/Si. Dále bylo provedeno měření ochuzené zóny mezi grafenovou vrstvou a křemíkem metodou EBIC. Práce studenta byla pravidelná a pečlivá. Proto lze konstatovat, že student splnil zadání a projevoval zájem o danou problematiku.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Zuzana Lišková, Ph.D.

Bakalářská práce Iva Hlavičky navazuje na předchozí práce vytvořené na Ústavu fyzikálního inženýrství a rozvíjí téma Schottkyho solárních článků s rozhraním grafen/křemík. Předmětem této práce je studium vlivu galia na účinnost grafenových solárních článků. Téma je velice aktuální, protože ovlivnění vodivosti grafenu dopanty je značné a v současné době je intenzivně studováno.

Práce je rozdělena do dvou částí, teoretické a experimentální. V první části práce jsou jednotlivé kapitoly kvalitně a srozumitelně zpracovány a přinášejí čtenáři teorii nezbytnou k pochopení dané problematiky. Samotná experimentální práce zahrnuje výrobu grafenových solárních článků, měření jejich voltampérových charakteristik, z nichž je vyjádřena účinnost solárního článku, dále také pozorování ochuzené zóny rozhraní metodou EBIC. Sledována je nejen změna účinnosti v závislosti na intenzitě osvětlení, ale také na modifikaci grafenové vrstvy. Transportní vlastnosti grafenové vrstvy jsou měněny depozicí galia na její povrch, což se velmi výrazně projevuje v poklesu účinnosti solárního článku.

Kromě studie vlivu dopování galiem na účinnost grafenových solárních článků se navíc podařilo měnit účinnost žíháním a zachytit zajímavý trend ve vývoji, kde se účinnost zvyšuje při teplotách žíhání do 300 °C a při vyšších teplotách se naopak snižuje. Byla bych však opatrnější ve slovním hodnocení, kdy autor tvrdí, že účinnost vzrostla desetinásobně po vyžíhání na 300 °C, přičemž jediný údaj, ze kterého by se dalo toto tvrzení vyčíst, roste z 0,0772 % na 4,4303 % (str. 25). Sumární graf na obrázku 5.6, kde jsou vyneseny účinnosti v závislosti na teplotě žíhání, je zavádějící vzhledem k tomu, že se účinnost má snižovat při vyšších teplotách. Zde to ale patrné není, kvůli zprůměrování účinnosti pro nežíhané vzorky; vhodné by bylo přidat k této hodnotě nejistoty.

Některé grafy by mohly být vyvedeny v lepší kvalitě. V grafu na obrázku 5.9 patrně vypadla předpona z jednotky proudu a z μA se staly Ampéry. Dále jsou v práci některé nepřesnosti v terminologii, např. na str. 21 chemická sloučenina se zkratkou HMDS neznamená „hexametyldisiloxan“, ale „hexametyldisilazan“, nebo na str. 11 nazývá student faktor zaplnění jako „Fill factor“, kdežto v seznamu použitých zkratek je to „Filing factor“
V seznamu literatury nemají jednotlivé reference jednotný formát, obsahují překlepy a iniciály křestních jmen jsou často uvedeny malým písmenem či za nimi chybí tečky.

Cíle práce byly splněny, dokonce byla nad rámec zadání provedena studie vlivu teploty. Práci a experimentální výsledky hodnotím velmi pozitivně, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji hodnocení klasifikačním stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací D
Topics for thesis defence:
  1. Otázka 1: Na straně 22 student uvádí, že měření voltampérových charakteristik solárního článku bylo provedeno v měřícím obvodu s digitálním potenciometrem, referenčním rezistorem a dvěma voltmetry a je přiloženo schéma obvodu, ze kterého je patrné, jak měření probíhalo. Dále však uvádí, že kvůli snížení šumu bylo další měření prováděno na přístrojích Keithley 2182A a Keithley 6221. Fotografie těchto dvou přístrojů je uvedena na obrázku, co však chybí, je popis experimentálního uspořádání. Mohl byste podrobněji vysvětlit experimentální uspořádání při měření těmito zdroji?
  2. Otázka 2: Jakým způsobem mění deponované galium Schottkyho přechod grafen/křemík?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová