TRAnsition metal and LAnthanide based Luminescent Absorber Layers by Ald

Solceller er blitt en viktig del av fremtiden og viser eksponentiell vekst i bruk. Cellene er billige, robuste og krever lite vedlikehold. Kostnadene ved å installere solceller går i dag hovedsakelig til innpakking og montasje. En gevinst i effektivitet på selve cellen vil derfor fort blir mangedoblet når den overføres til resten av leddene i næringskjeden. Prosjektet Tralalala har hatt som mål å undersøke alternative måter å øke effektiviteten til solceller. Tralalala har fokusert på å endre lyset som faller på en solcelle til å bedre passe over ens med hva silisiumsolceller best kan utnytte. Prosjektet har tatt utgangspunkt i CaMoO4 som absorberende materiale da Mo-O bindingen har en veldig effektiv charge-transfer absorbsjon i egnet optisk område. Når fotonet er absorbert blir det overført videre til Pr og så Yb som gir luminescens ved en bølgelengde som passer meget godt over ens med båndgapet til Si. Ved å bruke CaMoO4 som absorberende materiale trenger vi kun spormengder av Pr og Yb for å oppnå effektiv luminescens. Denne fremgangsmåten er mulig med deponeringsteknikken som ble brukt (ALD = atomic layer deposition) da den tillater god kontroll av avstanden mellom dopantene som brukes. Dette er nødvendig for å begrense uønsket tap av effektivitet. På vei mot målet har prosjektet også utviklet en ny prosess for deponering av MoO3 som også viser selektiv vekst. Med denne prosessen er det mulig å kombinere vekst og litografi i en og samme prosess, og på den måten kun deponere MoO3 der hvor en ønsker det. Slike prosesser er svært sjeldne og oppdagelsen ble funnet ved en tilfeldighet.

Utdannet en PhD kandidat og trent en ung forsker i prosjektledelse. Økt internasjonalt samarbeid gjennom utveksling og samarbeid med Universitetet i Utrecht. Utviklet en ny prosess for MoO3 som viser iboende selektiv vekst med ALD. Dette er uvanlig og åpner for nye måter å se etter slike egenskaper. Første vei for fremstilling av CaMoO4 med ALD, samt vist hvordan verktøyet Design of Experiments kan benyttes til effektiv forsøksplanlegging. Prosjektet har vist hvordan ALD kan brukes til å undersøke optiske utvekslingsmekanismer ved å kontrollere avstanden mellom optisk aktive komponenter i materialer. Slik design av optiske koblingsmekanismer er relativt ukjent ved bruk av tynne filmer. Således er prosjektet en god mal for videre undersøkelse av slike fenomener for effektiv luminescens og kontroll av defekter som ellers leder til tap av effektivitet.

The project aim to develop unprecedented Down-Conversion coatings of top relevance for technology in next generation Silicon based solar cells by combining skills in materials growth, local structure characterization, measurements of optical properties and DFT modeling. The underlying idea is to utilize an intelligent distribution of luminescent rare earth cations in an adequate matrix that will enable down shifting of photon energies into the absorption range of silicon. The distribution of rare earth elements and structural tuning of the matrix will be achieved through growth of multilayered structures of complex materials as well as homogeneously distributed doped materials by the Atomic Layer Deposition (ALD) technique in manners already demonstrated by the applicants. A key characterization concerns measurements that provide information of the local structure of the dopants and their possible defect complexes. Here, synchrotron based methods will be utilized at ESRF, Grenoble. The characterization of local and average structure, electronic and optical properties, will be complemented by state-of-the-art DFT modeling, partly along with international partners. The project will interact with Norwegian R&D related to solar cell technology via the FME on solar cell technology. The requested resources, one PhD and one post doctor/researcher, will work in close interaction with specialists in the NAFUMA and LENS research groups at the Centre for materials science and nanotechnology, UiO, as well at the solar center, IFE, Kjeller, thereby benefiting from recognized competences at a high international level. The Project will heavily use national infrastructure (RECX, NORTEM, NICE, NORFAB, NOTUR).