Nanoelektroniikkaa ja uusia materiaaleja tehokkaampiin aurinkopaneeleihin (Väitös FM Marja Ahola-Tuomi, 15.6.2013)
FM Marja Ahola-Tuomi havaitsi väitöstutkimuksessaan uuden pintarakenteen, jota voidaan käyttää tehokkaiden aurinkopaneeleiden valmistukseen.
Turun yliopiston tiedote 12.6.2013
Väitöstutkimuksessa havaittiin jaksollisen järjestelmän ryhmän V alkuaineen, vismutin, aiheuttavan poikkeuksellisia pintarakenteita puolijohteiden pinnoilla millimetrin miljoonasosan eli nanometrin mittakaavassa.
– Vismutin havaittiin järjestäytyvän itsestään ns. nanolangoiksi, joita voitaisiin käyttää esimerkiksi kontakteina nanoelektroniikassa, jos näiden ominaisuudet tunnettaisiin tarkasti, Ahola-Tuomi kertoo.
Vismutista onnistuttiin valmistamaan toistuvasti noin nanometrin levyisiä ja useiden kymmenien nanometrien pituisia nanolankoja indiumarsenidin pinnalle. Kyseisten pintojen rakenne myös onnistuttiin selvittämään yksittäisen atomin tarkkuudella.
– Tämän lisäksi havaittiin myös toinen täysin uusi pintarakenne, joka mahdollistaa aiempaa tasaisempien puolijohdepintojen kasvattamisen, Ahola-Tuomi sanoo.
Kyseisiä pintarakenteita ei ole aiemmin havaittu III-V ryhmien puolijohteilla, joihin esimerkiksi optoelektroniikan sovelluksissa yleisesti käytetyt galliumarsenidi, indiumarsenidi ja indiumfosfidi kuuluvat.
Aurinkokennojen teho voi kaksinkertaistua uusien materiaalien avulla
Optoelektroniikka tarkoittaa laajalti sähkön muuntamista valoksi ja toisin päin. Vismutin ominaisuuksia on alettu hyödyntää elektroniikkateollisuudessa vasta viime aikoina.
Vismuttia tai typpeä lisäämällä III-V puolijohteista saadaan materiaaleja, joita voidaan käyttää tehokkaampien aurinkokennojen valmistamiseen. Tällöin esimerkiksi myös auringon infrapunasäteily saadaan muunnettua sähkövirraksi, jolloin aurinkokennojen hyötysuhde olisi yli 40 prosenttia.
– Tehokkuus olisi silloin yli kaksinkertainen verrattuna perinteiseen piihin perustuvaan teknologiaan. Lisäksi aurinkopaneeleista voitaisiin tehdä kooltaan nykyistä pienempiä, Ahola-Tuomi sanoo.
Vismuttia ja typpeä sisältävien III-V ryhmien alkuaineista koostuvien kalvojen valmistaminen on kuitenkin haastavaa johtuen vismutti- ja typpiatomien erilaisista ominaisuuksista. Siksi on erittäin tärkeää selvittää vismuttiatomien tarkka sijainti pintarakenteissa. Tämä mahdollistaa materiaalien kehittämisen ja elektroniikan komponenttien tehokkuuden parantamisen käytännön sovelluksia silmällä pitäen.
**
Lauantaina 15. kesäkuuta 2013 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Quantumin auditorio, Vesilinnantie 5, Yliopistonmäki, Turku) julkisesti tarkastettavaksi filosofian maisteri Marja Ahola-Tuomen väitöskirja ”Unusual bismuth-containing surface layers of III-V compound semiconductors” (Vismutin aiheuttamat poikkeukselliset pintarakenteet III-V puolijohdepinnoilla). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Anders Mikkelsen Lundin yliopistosta ja kustoksena professori Petriina Paturi.
FM Marja Ahola-Tuomi on syntynyt vuonna 1977 Porissa ja kirjoittanut ylioppilaaksi 1997 Aronahteen lukiosta Raumalta. Ahola-Tuomi on valmistunut filosofian maisteriksi 2005 Turun yliopistosta, jossa hän parhaillaan toimii tohtorikoulutettavana. Väitös kuuluu materiaalitutkimuksen alaan.