cíle a výstupy
Výzkumný program C5 Materiály pro fotovoltaiku, fotoniku a mikrosystémovou techniku
Zahájení: Q1/2011
Vedoucí výzkumného programu: doc. Ing. Pavol Šutta, Ph.D.
Cíle programu (vcetne výstupu, výsledku, milníku a specifikace skupin uživatelu):
Hlavní cíle výzkumného programu jsou:
Výzkum a návrh technologie prípravy tenkých absorpcních vrstev pro fotovoltaické clánky III. generace založených na kremíkových kvantových nanostrukturách osazených v dielektrické matrici.
Výzkum a návrh technologie prípravy optoelektronických a fotonických materiálu založených na periodických strukturách s prostorove ovládanou krystalizací kremíku a na strukturách oxidu zinecnatého.
V rámci tohoto programu budeme rozvíjet témata související s prípravou a výzkumem absorpcních materiálu pro tenkovrstvé fotovoltaické technologie tretí generace zamerené zejména na multispektrální (tandemové) fotovoltaické clánky na bázi kremíkových sloucenin, kremíku a jeho strukturních modifikací. Vyvinuté materiály budou významné i pro optoelektroniku (fotodiody, transparentní foto-tranzistory, displeje), fotoniku (difrakcní mrížky, vlnovody, fotonické prvky se zakázaným pásmem) a mikrosystémovou techniku (bio-senzory, chemické senzory, tlakové senzory a aktuátory) a tak se budeme zabývat rovnež jejich výzkumem zamereným do techto oblastí.
Cíl P1-a
Cíl P1-b
Cíl P1-c
Cíl P1-d
Cíl P1-e
Cíl P1-f
Vybavení laboratorí a testování prístroju
Výstup a1. Instalace vícekomorové aparatury pro chemickou depozici vrstev a multivrstev pro depozici fotovoltaických clánku. (02/2012)
Výstup a2. Instalace laboratore elektronové mikroskopie. (02/2012)
Výstup a3. Instalace ostatních (levnejších) zarízení (Ramanuv spektrometr, spektroskopický elipsometr, solární testovací simulátor, zarízení na merení tlouštky vrstev, oboustranné zarízení na litografii, doplnky k rtg difraktometru X’pert). (09/2011)
Tvorba materiálových struktur pro analýzu struktury a optických vlastností. (12/2011)
Výsledek b. Vytvorení materiálových struktur pro analýzu struktury materiálu a jejich optických vlastností.
Vytvorení tenkých absorpcních multi-vrstev na kvantových nanostrukturách kremíku osazených v matrici SiO2 a popis jejich vlastností. (04/2013)
Výsledek c. Technologie prípravy tenkých absorpcních multi-vrstev na kvantových nanostrukturách kremíku osazených v matrici SiO2. (11/2013)
Vytvorení tenkých absorpcních multi-vrstev na kvantových nanostrukturách kremíku osazených v matrici Si3N4 a popis jejich vlastností. (4/2014)
Výsledek d. Technologie prípravy tenkých absorpcních multi-vrstev na kvantových nanostrukturách kremíku osazených v matrici Si3N4. (08/2014)
Vytvorení periodicky strukturovaných fotonických materiálu s prostorove ovládanou krystalizací kremíku a popis jejich vlastností. (04/2013)
Výsledek e. Technologie prípravy periodicky strukturovaných fotonických materiálu s prostorove ovládanou krystalizací kremíku. (11/2013)
Vytvorení tenkých vrstev intrinsického a dopovaného ZnO pro mikromechanické, optoelektronické a fotonické aplikace a popis jejich vlastností. (04/2014)
Výsledek f. Technologie prípravy tenkých vrstev intrinsického ZnO pro mikromechanické aplikace (pro senzory a aktuátory) a dopovaného ZnO pro optoelektronické a
fotonické aplikace (pro fotodiody a pro tenkovrstvé transparentní elektrickým polem rízené tranzistory). (08/2014)
Cílová skupina: Komercní a výzkumné subjekty zabývající se VaV a výrobou solárních clánku.
Výsledky:
Vzhledem k zahájení rešení výzkumného programu C5 od 1. 1. 2011 na stávajících prístrojích budou již v roce 2011 publikovány první výsledky výzkumu.
Identifikace fyzikálních vlastností vytvorených materiálu: V letech 2011 – 2015 bude vytvoreno 33 publikací v impaktovaných casopisech.
Klícové metodologické prístupy, klícové výzvy, klícové vybavení:
Pri príprave materiálu ve tvaru tenkých vrstev budou využity jak fyzikální tak chemické technologie. Kvalita pripravených materiálu bude testována v sestavách jednoduchých i tandemových fotovoltaických cláncích. Všechny pripravované materiály budou zkoumány nejmodernejšími diagnostickými metodami od atomární úrovne (rentgenové difrakce, Ramanové spektroskopie, rádkovací a transmisní elektronové mikroskopie), budou mereny optické vlastnosti (elipsometrie, UV Vis a FTIR) a elektrické vlastnosti (rezistivita, vodivost).
Pro optimalizaci technologických postupu pri príprave materiálu bude využito pocítacové modelování na atomární úrovni (kvantová mechanika) a pocítacové modelování a optimalizace tandemových clánku, optoelektronických, fotonických a mikrosystémových prvku na makroskopické úrovni.
Požadované investice podstatne rozširují dosavadní experimentální vybavení výzkumného týmu a vhodne je doplnují tak, aby se vytvorilo výzkumné pracovište, které by bylo schopno ve velmi krátké dobe (do týdne) komplexne zpracovat experimenty, posoudit kvalitu technologiemi pripravených materiálu na základe jejich fyzikálních vlastností a okamžite prizpusobit následné technologické postupy požadavkum optimalizace experimentu. Požadované investice tuto dynamiku výzkumu umožní a tím se výzkum v rámci CENTEM 5 stane konkurencne schopným i v širokém mezinárodním merítku.
Následující prístroje jsou pro projekt CENTEM 5 klícové:
vícekomorová aparatura pro chemickou depozici vrstev a multivrstev,
transmisní elektronový mikroskop s atomovým rozlišením,
rádkovací elektronový mikroskop s autoemisní katodou, s EBSD detektorem a dalším vybavením,
Ramanuv spektrometr,
spektroskopický elipsometr,
solární testovací simulátor,
zarízení na merení tlouštky vrstev,
oboustranné zarízení na litografii,
doplnky k rtg difraktometru X’pert.