Μελέτη οπτικών συναρτήσεων και θερμοκρασιακής εξάρτησης συντελεστή απορρόφησης άμορφου πυριτίου για τεχνολογικές εφαρμοφές σε ηλιακές κυψελίδες

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά τον οπτικό χαρακτηρισμό αμόρφου πυριτίου καθώς και τη θερμοκρασιακή εξάρτηση του συντελεστή απορρόφησης, ώστε η πληροφορία αυτή να ενσωματωθεί σε μελέτη για τη κατασκευή φωτοβολταικών κυψελίδων τεχνολογίας micromorph μέσω φωτοθερμικών μεθόδων. Αρχικός στόχος της εργασίας είναι η βαθύτερη κατανόηση των οπτικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα σε ημιαγωγούς, τόσο για εκείνους όπου ο κρύσταλλος τους εμφανίζει περιοδικότητα αλλά και στην ειδική περίπτωση των άμορφων ημιαγωγών όπου το πρόβλημα γίνεται πιό σύνθετο. Ειδικότερα, χρησιμοποιείται η ακριβής έκφραση για την διαπερατότητα ενός απορροφητικού λεπτού υμενίου (a-Si) εναποθετημένου σε διάφανο υπόστρωμα (γυαλί) ώστε να υπολογιστούν στα πλαίσια ενός κλειστού φορμαλισμού ο δείκτης διάθλασης n και ο συντελεστής εξασθένισης κ και το πάχος d του υμενίου. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται δεν συνδέεται με το μοτίβο κροσσών συμβολής όπως στο [31] αλλά είναι μία υπολογιστική μέθοδος βελτιστοποίησης παραμέτρων με τη βοήθεια κατάλληλου αλγορίθμου (αλγόριθμος PUMA). Επιπλέον μελετάται η θερμοκρασιακή εξάρτηση του συντελεστή απορρόφησης του υλικού στην περιοχή της έντονης απορρόφησης για δύο μήκη κύματος μέσω φορμαλισμών που έχουν προκύψει από μοντέλα πολλαπλών ανακλάσεων ακτινοβολίας σε λεπτά υμένια.

In this work, the optical characterization of amorphous silicon and the temperature dependence of its absorption coefficient is studied, in order to incorporate this information to the photothermal calculation simulating real laser annealing methods for the fabrication of micromorph-type solar cells. Firstly it is estblished a rigorous study of the optical processes, not only in crystallic semiconductors, but also in amorphous ones where the problem is more complex. The rigorous expression for the transmission of an absorbing film on a trasparent substrate is used to yield a formulation leading to the estimation of the refractive index, the attenuation coefficient and the thickness of the film. In this work, no interference pattern exists in the transmission spectrum of the material. For this reason we used an unconstrained minimization algorithm (PUMA) which is based in an unconstrained optimization method to determine the optical constants of a-Si. Furthermore, the temprature dependence of the absorption coefficient of amorphous silicon is studied in the high absorbance region for two wavelengths, through formulations that have occured from both single and multiple reflections in thin films models.