|
|
Study of photovoltaic nanostructures using microscopy methods
Hertl, Vít ; Valenta,, Jan (referee) ; Fejfar, Antonín (advisor)
V této diplomové práci je nejprve ve zkratce uvedena teorie fyziky solárních článků, kde jsou zmíněny klíčové procesy ovlivňující účinnost konverze slunečního záření na elektrickou energii. Dále je předložena rešerše o fotovoltaických nanostrukturách (nanodráty, nanokrystaly), jejichž implementací je možné účinnost solárních článků zvýšit. V přehledu experimentálních technik ke zkoumání fotovoltaických nanostruktur je důraz kladen zejména na korelativní měření pomocí SEM a AFM, vodivostního AFM, měření EBIC a mikroskopické měření elektroluminiscence. V experimentální části jsou předloženy výsledky měření struktur mikrokrystalického křemíku, vzorku hetero-přechodového Si solárního článku s kontakty na zadní straně (IBC-SHJ z projektu NextBase) a V-pitů vzorku InGaN/GaN kvantových jam. Měření elektroluminiscence bylo provedeno na vzorcích III-V polovodičů (InGaP, GaAs). Byly vypočítány jinak těžko dostupné charakteristiky III-V tandemových solárních článků pomocí elektroluminiscence a srovnání vlastností IBC-SHJ zjištěných pomocí mikroskopického měření elektroluminiscence a EBIC. Provedením experimentů bylo zjištěno, jakým způsobem se dělí proud vybuzený svazkem elektronů mezi hrot AFM a vzorek mikrokrystalického křemíku.
|
|
|
Application of correlative AFM/SEM microscopy
Hegrová, Veronika ; Fejfar, Antonín (referee) ; Konečný, Martin (advisor)
This thesis is dealing with application of Correlative Probe and Electron Microscopy. All measurements were carried out by atomic force microscope LiteScope which is designed especially to be combined with electron microscopes. Advantages of Correlative AFM/SEM Microscopy are demonstrated on selected samples from field of nanotechnology and material science. Application of the correlative imaging was proposed and then realized particularly in case of low-dimensional structures and thin films. Further, this thesis deals with the possibility of combining Correlative AFM/SEM Microscopy with other integrated techniques of an electron microscope such as Focused Ion Beam and Energy Dispersive X-rays Spectroscopy.
|
|
|
Application of plasmonics in organic photovoltaics
Láska, Martin ; Fejfar, Antonín (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Tato diplomová práce se zabývá studiem plasmonicky navýšené absorpce vedoucí ke zlepšení účinnosti organických solárních článků. K navýšení absorpce světla ve fotoaktivní vrstvě jsou použity koloidní nanočástice stříbra. Rozptyl světla z nanočástic střibra do fotoaktivní vrstvy představuje jedno z možných řešení, jak navýšit celkovou účinnost fotovoltaických zařízení. Simulace elektromagnetických jevů jsou pro statické podmínky prováděny v softwaru Lumerical (Lumerical Solutions, Inc.). Je zkoumána absorpce ve fotoaktivní vrstvě v závislosti na konfiguraci stříbrných nanočástic. Simulace potvrzují, že ve fotoaktivní vrstvě, která je modifikovaná nanočásticemi stříbra, dochází k navýšení absorpce. Abychom potvrdili výsledky simulací, bylo vyrobeno několik stříbrem modifikovaných vzorků. Vzorky byly pro tento druh experimentu připravené z poly(3-hexyltiofenu):[6,6]-fenyl-C61-butyric-acid-metyl esteru. U některých, nanočásticemi stříbra modifikovaných, vzorků dochází k navýšení tvorby excitonů, v důsledku čehož je pozorován nárůst fotoproudu. V této práci je zahrnut teoretický i experimentální přístup k dané problematice.
|
|
|
Application of Scanning Probe Microscope in Nanoscience and Nanotechnology
Konečný, Martin ; Klapetek, Petr (referee) ; Fejfar, Antonín (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Tato doktorská práce se zabývá rastrovací sondovou mikroskopií (Scanning Probe Microscopy – SPM) a jejím využitím v nanovědách a nanotechnologiích. Konkrétně je zde kladem důraz především na pokročilé techniky mikroskopie atomárních sil (Atomic Force Microscopy – AFM), jako je Kelvinova silová mikroskopie (Kelvin Probe Force Microscopy – KPFM) a vodivostní AFM. Samotné aplikace těchto technik jsou dále zaměřené zejména na oblast výzkumu grafenu. V práci je nejprve stručně rozebrán princip fungování SPM a následně jsou diskutovány jednotlivé aplikace AFM a KPFM zaměřené na charakterizaci vlastností jak samotného gafenu, tak i zařízeních fungujících na jeho bázi. Dále se práce zabývá možnostmi využití AFM integrovaného v jednom zařízení spolu se rastrovacím elektronovým mikroskopem (Scanning Electron Microscopy - SEM). Z tohoto přehledu vyplývají čtyři hlavní témata doktorského výzkumu, které se věnují studiu přesunu elektrikého náboje mezi grafenovými nanostrukturami, přípravě a charakterizaci hydrogenovaného grafenu a grafen-kovových hybridních struktur s uplatněním v biosensorice. Aspekty jednotlivých témat jsou následně podrobně rozebrány a podpořeny adekvátními experimentálními výsledky. Na závěr jsou nastíněny plány budoucího výzkumu týkajícího se těchto čtyř témat
|
|
|
Thin-Film Solar Cells Characterization and Microstructure Defect Analysis
Škvarenina, Ľubomír ; Šály,, Vladimír (referee) ; Fejfar, Antonín (referee) ; Macků, Robert (advisor)
Thin-film solar cells based on an absorber layer of chalcogenide compounds (CIGS, CdTe) are today among the most promising photovoltaic technologies due to their long-term ability to gain a foothold in mass commercial production as an alternative to conventional Si solar cells. Despite this success, the physical origin of the defects present in the thin films are still insufficiently elucidated, especially in the compounds of the chalcopyrite family Cu(In_{1x},Ga_{x})(S_{y},Se_{1y})_{2}. The research focuses on the identification and analysis of microstructural defects responsible for the electrical instability of chalcopyrite-based thin-film solar cells with a typical heterostructure arrangement ZnO:Al/i-ZnO/CdS/Cu(In,Ga)Se_{2}/Mo. The non-uniform polycrystalline nature of semiconductor materials in this complex multilayer structure requires a comprehensive analysis of electro-optical, structural and compositional properties associated with the actual morphology at the macroscopic, microscopic or even nanoscopic level. The observed predominant ohmic or non-ohmic current conduction in the dark transport characteristics was also reflected in the slope deviations of the excessive noise fluctuations, which were in the spectral domain exclusively in the form of flicker noise with dependency S_{i} ~ f^{1}. Spatially resolved electroluminescence based on stimulated photon emission by charge carriers injecting into the depletion region, not only showed a significantly inhomogeneous distribution of intensity in planar heterojunction under forward bias, but also revealed light emitting local spots in reverse bias due to a trap-assisted radiative recombination through the high density of defect states. Microscopic examination of the defect-related light emitting spots revealed rather extensive defective complexes with many interruptions through the layers, especially at the heterojunction CdS/Cu(In,Ga)Se_{2} interface. Besides, the high leakage current via these defective complexes subsequently led to a considerable local overheating, which caused a clearly observable structural and morphological changes, such as deviations in absorber layer stoichiometry due to Cu–In–Ga–Se segregation, Cu-rich and Ga-rich grains formation with an occurrence of Se-poor or Cu_{x}Se_{y} secondary phases regions, material redeposition accompanied by evaporation of ZnO:Al/i-ZnO/CdS layers together with the formation of Se structures on the surface around the defects. Within the research, analytical modelling of transport characteristics was implemented with parameters extraction of individual transport mechanisms to understand the non-ohmic shunt behaviour due to leakage current. In addition to the proper current path along the main heterojunction, the proposed model contains parasitic current pathways as a consequence of recombination-dominated charge transport or current conduction facilitated by multi-step tunnelling via high density of mid-gap defect states in the depletion region, ohmic leakage current caused by pinholes or low-resistance paths along grain boundaries in Cu(In,Ga)Se_{2}, or space-charge limited current due to metals diffusion from the ZnO:Al layer and grid Ag contacts through disruptions in i-ZnO/CdS layers.
|
|
| |
|
|
Study of Thin-Film Surfaces
Trivedi, Rutul Rajendra ; Fejfar, Antonín (referee) ; Klapetek, Petr (referee) ; Šikola, Tomáš (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
Disertační práce se zabývá studiem povrchových vlastností jedno a vícevrstvých filmů deponovaných z vinyltriethoxysilanových a tetravinylsilanových monomerů. Zabývá se také charakterizací adheze jednovrstvých filmů z tetravinylsilanu. Plazmaticky polymerizované tenké vrstvy byly připraveny na leštěných křemíkových substrátech pomocí plazmové depozice z plynné fáze za ustálených podmínek. Povrchové vlastnosti vrstev byly charakterizovány pomocí různých metod rastrovací sondové mikroskopie a nanoindentačních technik jako je konvenční a cyklická nanoindentace. Vrypový test byl použit pro charakterizaci vlastností adheze vrstev. Jednovrstvé filmy připravené za různých depozičních podmínek byly charakterizovány s ohledem na povrchové morfologie a mechanické vlastností (modul pružnosti, tvrdost). Výsledky morfologie povrchu, analýzy zrn, nanoindentace, analýzy konečných prvků a modulů mapování pomohly rozlišit hybridní charakter filmů, které byly deponovány při vyšších výkonech RF-výboje. Nový přístup byl použit v povrchové charakterizaci vícevrstvého filmu pomocí rastrovací sondové mikroskopie a nanoindentace. Adhezívní chování plazmaticky polymerizovaných vrstev různých mechanických vlastností a tloušťek bylo analyzováno pomocí normálních a laterálních síl, koeficientu tření, a snímků vrypů získaných pomocí mikroskopie atomárních sil.
|
|
|
Microdefects in Czochralski Silicon
Válek, Lukáš ; Fejfar, Antonín (referee) ; Mikulík, Petr (referee) ; Spousta, Jiří (advisor)
Disertační práce se zabývá studiem defektů v monokrystalech Czochralskiho křemíku legovaných bórem. Práce studuje vznik kruhových obrazců vrstevných chyb pozorovaných na povrchu křemíkových desek po oxidaci. Hlavním cílem práce je objasnit mechanismy vzniku pozorovaného rozložení vrstevných chyb na studovaných deskách a vyvinout metody pro řízení tohoto jevu. Na základě experimentálních analýz a rozborů obecných mechanismů vzniku defektů jsou objasňovány vazby mezi vznikem defektů různého typu. Tyto jsou pak diskutovány v souvislosti s parametry krystalu i procesu jeho růstu. Takto sestavený model je využit pro vývoj procesu růstu krystalů, kterým je potlačen nadměrný vznik defektů ve studovaných deskách. Za účelem studia defektů jsou zaváděny a vyvíjeny nové analytické metody. Disertační práce byla vytvořena za podpory ON Semiconductor Czech Republic, Rožnov pod Radhoštěm.
|
|
|
Study of Properties of Metallic Thin Films and Nanostructures Using Scanning Probe Microscopy
Doupal, Antonín ; Fejfar, Antonín (referee) ; Kalousek, Radek (advisor)
This diploma thesis is focused on investigation of metallic thin films and nanostructures using scanning probe microscopy. Magnetic properties of these objects are studied by magnetic force microscopy, which is modification of scanning probe microscopy. In the theoretical part basic principles of scanning probe microscopy and magnetic force microscopy are summarized, and also principle of creation of magnetic domains and some special properties of ferromagnetic and antiferromagnetic materials. Further, two techniques of fabricating nanostructures are described. Experimental part is focused on imaging and simulating of magnetic domains. Further, exchange bias is revealed. This phenomenon is present in systems composed from ferromagnetic and antiferromagnetic materials. One part of this diploma thesis is also focused on discussion of problems with magnetic force microscopy.
|
|
|
Application of Interferometry in VT UHV SPM
Šulc, Dalibor ; Klapetek, Petr (referee) ; Fejfar, Antonín (referee) ; Spousta, Jiří (advisor)
The thesis is aimed at the development of Scanning Probe Microscopes (SPM). It describes design and development of modular controll electronics to be applied eectively on more microscopes SPM. Control electronics consist of stabilized power source, high–voltage amplier and probe signal amplier. The open–source project GXSM has been introduced. It contains a logic control unit which controls scanning, acquiring data and feedback control. GXSM provides a graphical user interface based on linux operation system. Second part of the thesis is aimed at design and development of interferometric deection sensing system for SPM cantilevers and applications at SPM in general. Designed interferometer has been assembled and tested. It can clearly distinguish a signal of amplitude 2 nm. At the end of the thesis the design of interferometric system implementation is presented.
|
guest ::
RSS feed.