Hatékonyabb és olcsóbb napelemekhez járulhat hozzá az MTA Energiatudományi Kutatóközpont új eredménye

A világban sok helyen kísérleteznek polikristályos szilíciumrétegek előállításával amorf anyagból kiindulva, lehetőleg olcsó technológiai módszerekkel, vékonyréteg-tranzisztorok, szenzorok vagy akár a jobb hatásfokú, olcsó napelemekA Nature Scientific Reportsban megjelent cikk előállítása érdekében.

A kristályosodás magas hőmérsékleten (600 ^oC felett) végbemegy, de nagyon sok kísérlet történt a hőmérséklet csökkentésére, hiszen ezzel az előállítás költsége és a környezeti terhelés is csökkenthető. Az egyik lehetséges módszer az úgynevezett fém indukálta kristályosítás, amelyben pici fémmagokat (alumínium vagy nikkel) használnak a folyamat elősegítésére. A Nature Scientific Reportsban megjelent cikk szerzői is több munkájukban írták le sikeres kísérleteiket, amelyekben nikkelt használva a kristályosítás hőmérséklete 500 ^oC-ra volt csökkenthető.

Most publikált beszámolójukban igen alacsonynak számító (413 ^oC) hőmérsékleten hosszú ideig hőkezelt rétegeket írtak le és hasonlítottak össze a korábbi magasabb hőmérsékletű kísérletekkel.

Szemléletesen megmutatták, hogy a hőkezelés kezdetén kialakuló, kis NiSi₂-magokból nikkelatomok diffundálnak az amorf szilíciumrészbe, az így képződött vakanciákat szilíciumatomok töltik be. Látszólag az apró NiSi₂-kristályok mozognak az amorf fázisban, nyomukban hosszú Si-tűkristályok alakulnak ki. A mikroszkópos vizsgálatokhoz a hordozó eltávolításával (kémiai marásával) készítettek elektronok számára átvilágítható, vékony mintát, melyen jól látszanak a tűkristályok. A marási folyamatban a tűkristályok hegyén lévő NiSi₂-kristályok többsége is kioldódott néhány kivétellel.

Ennek bizonyításában játszott szerepet az új mikroszkóp és annak analitikája:

A fenti ábrán a növekvő tűkristályok egy „csokrából” (a) sikerült kiválasztani egyet (b), melyben a kémiai marással készített TEM fóliában megmaradt a NiSi₂-szemcse a szilícium-tűkristály csúcsán. A kép önmagában is bizonyíték, hiszen pásztázó (STEM) üzemódban készült HAADF nagyszögű detektorral, ekkor pedig a kontraszt a rendszám négyzetével arányos. Természetesen a direkt bizonyíték a (c) ábrán látható elemeloszlási térkép, mely az új mikroszkóp oszlopába beépített 4 EDS röntgendetektorral készült. Foto: nature.com

A Nature Scientific Reportsban megjelent cikkből kiderül, hogy ezekben a szálakban is sikerült detektálni azokat a nagyon kicsi, ámde orientáltan a kristályos szilíciumba benőtt NiSi₂-zárványokat, amelyeket korábban a magas hőmérsékleten kristályosított mintákban is a jelen cikk szerzői észleltek és azonosítottak elsőként a világon, akkor még külföldi berendezést használva.