Search

147 σ., Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”, Στη παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του δο-μικού και οπτικού χαρακτηρισμού του υμενίου πολυκρυσταλλικού πυριτίου που χρησιμοποιείται σε micromorph ηλιακές κυψελίδες πολλαπλών επαφών, τεχνο-λογίας λεπτών στρωμάτων. Η εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος ‘Δράση Συνεργασία’, πρόγραμμα συγχρηματοδοτούμενο από το Ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση στα πλαίσια του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) 2007 -2013. Η ενεργή περιοχή μίας micromorph ηλιακής κυψελίδας αποτελείται από δύο λεπτές στρώσεις αμόρφου (200nm) και πολυκρυσταλλικού πυριτίου (800nm) σε p-i-n διάταξη. Τα υμένια αυτά εναποθέτονται πάνω σε υπόστρωμα γυαλιού επι-στρωμένου με ZnO (που παίζει το ρόλο του πρόσθιου ηλεκτροδίου) με Χημική Εναπόθεση Πυριτίου από ατμούς με τη παρουσία πλάσματος (PECVD). Ο συντελεστής απόδοσης μίας micromorph ηλιακής κυψελίδας, όπως και η συνολική της συμπεριφορά, καθορίζεται από την δομή και τα επιμέρους χαρα-κτηριστικά των λεπτών υμενίων που την απαρτίζουν, καθώς από αυτά εξαρτώ-νται η κβαντική απόδοση απορρόφησης του ηλιακού φωτός, οι κινητικότητες των φωτοεπαγόμενων ηλεκτρικών φορέων μέσα στη δομή και η πιθανότητα επανα-σύνδεσης τους. Κρίθηκε λοιπόν αναγκαίος ο λεπτομερής χαρακτηρισμός των υ-μενίων αυτών με χρήση τεχνικών όπως SEM, XRD και φασματοσκοπίας Raman. Από τις εικόνες SEM προέκυψαν τα αδρά χαρακτηριστικά της δομής των δειγ-μάτων μας σε μικρομετρική κλίμακα, ενώ από τα ακτινογραφήματά τους προσδι-ορίστηκε το μέσο μέγεθος των νανοκρυσταλλιτών από ολόκληρο το πάχος του πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Από τα φάσματα Raman και την ανάλυσή τους, που αποτελεί και το κύριος μέρος της εργασίας, προέκυψαν τα ποσοστά των διάφο-ρων φάσεων που αποτελούν το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και με το χαρακτηρι-σμό δειγμάτων με αυξανόμενό πάχος πολυκρυσταλλικού πυριτίου, αναδείχτηκε η ανάστροφα κωνική ανάπτυξη της δομής αυτής. Με τη χρήση ενός μοντέλου φω-νονιακού περιορισμού, μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα μεγέθη και τα σχήματα των νανοκρυσταλλιτών από τα φάσματα Raman για τα διαδοχικά πάχη της στρώσης του μcSi και να παρακολουθήσουμε έτσι, την εξάρτηση που αυτά πα-ρουσιάζουν με την αύξηση του πάχους. Στην κατεύθυνση βελτίωσης της απόδοσης της δομής, προχωρήσαμε στη πα-ρασκευή του υμενίου του πολυκρυσταλλικού πυριτίου με ανόπτηση laser αμόρ-φου πυριτίου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα Nd:YAG laser στα μήκη κύματος των 1064nm και 266nm, σε κατάλληλη διάταξη που αναπτύξαμε για την μηχανική σάρωση μίας μεγάλης επιφάνειας του δείγματος. Στη εργασία αυτή πα-ρουσιάζονται οι πρώτες προσπάθειες και ο χαρακτηρισμός τους, καθώς και η χαρτογράφηση των ακτινοβολημένων περιοχών ως προς τα ποσοστά κρυσταλ-λοποίησης τα οποία προσδιορίστηκαν με φασματοσκοπία Raman., In this master thesis are presented the results of structural and optical characterization of thin film poly-Si, which is used in micromorph tandem solar cells. The work was performed within the Program “Competitiveness and Entrepreneurship” and was co-financed by Hellenic Funds and the European Regional Development Fund (ERDF) under the Hellenic National Strategic Reference Framework (NSRF) 2007-2013. The active region of a micromorph solar cell is composed of two thin layers of amorphous (200nm) and polycrystalline silicon (800nm) in p-i-n arrangement. The films were deposited on a glass substrate coated with ZnO (playing the role of the front electrode) by chemical deposition of silicon from vapor in the presence of plasma (PECVD). The Efficiency of a micromorph solar cell, as well as its overall behavior are determined by the structure and the individual characteristics of the thin films that compose it, since they determine the quantum efficiency of the absorption of the sunlight, the electrical mobilities of the photoinduced carriers in the structure and the chance of reconnection. Thus, the detailed characterization of these films using techniques such as SEM, XRD and Raman spectroscopy was deemed necessary. From the SEM images emerged the rough structural characteristics of our samples in micrometric scale, while from their XRD diagrams the average size of nanocrystallites for the entire thickness of the polycrystalline silicon film was determined. From the Raman spectra and their analysis, which is the main part of this thesis, the rates of the different phases that constitute the polycrystalline silicon were obtained. Moreover, the inverted conical growth of this structure was emerged with the characterization of samples with increasing thickness of polycrystalline silicon. By the use of a Phonon Confinement Model (PCM), we were able to estimate the sizes and shapes of nanocrystallites from the Raman spectra of the samples with the successive thicknesses of μcSi and to monitor the dependence that they present with increasing thickness. In order to improve the performance of the structure, we proceeded to the manufacture of polycrystalline silicon by laser annealing of amorphous silicon. For that purpose, an Nd:YAG Laser at 1064nm and 266nm was used, in an appropriate setup where a motorized stepper was utilized for the creation of a large enough, evenly annealed area. Preliminary annealing-processes, with different annealing parameters, have been tested, such as fluence and number of pulses. The annealed material studied by micro-Raman mapping, reveals areas of different quality ranging from amorphous to nanocrystalline Si.

147 σ., Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”, Στη παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του δο-μικού και οπτικού χαρακτηρισμού του υμενίου πολυκρυσταλλικού πυριτίου που χρησιμοποιείται σε micromorph ηλιακές κυψελίδες πολλαπλών επαφών, τεχνο-λογίας λεπτών στρωμάτων. Η εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του προγράμματος ‘Δράση Συνεργασία’, πρόγραμμα συγχρηματοδοτούμενο από το Ελληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση στα πλαίσια του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) 2007 -2013. Η ενεργή περιοχή μίας micromorph ηλιακής κυψελίδας αποτελείται από δύο λεπτές στρώσεις αμόρφου (200nm) και πολυκρυσταλλικού πυριτίου (800nm) σε p-i-n διάταξη. Τα υμένια αυτά εναποθέτονται πάνω σε υπόστρωμα γυαλιού επι-στρωμένου με ZnO (που παίζει το ρόλο του πρόσθιου ηλεκτροδίου) με Χημική Εναπόθεση Πυριτίου από ατμούς με τη παρουσία πλάσματος (PECVD). Ο συντελεστής απόδοσης μίας micromorph ηλιακής κυψελίδας, όπως και η συνολική της συμπεριφορά, καθορίζεται από την δομή και τα επιμέρους χαρα-κτηριστικά των λεπτών υμενίων που την απαρτίζουν, καθώς από αυτά εξαρτώ-νται η κβαντική απόδοση απορρόφησης του ηλιακού φωτός, οι κινητικότητες των φωτοεπαγόμενων ηλεκτρικών φορέων μέσα στη δομή και η πιθανότητα επανα-σύνδεσης τους. Κρίθηκε λοιπόν αναγκαίος ο λεπτομερής χαρακτηρισμός των υ-μενίων αυτών με χρήση τεχνικών όπως SEM, XRD και φασματοσκοπίας Raman. Από τις εικόνες SEM προέκυψαν τα αδρά χαρακτηριστικά της δομής των δειγ-μάτων μας σε μικρομετρική κλίμακα, ενώ από τα ακτινογραφήματά τους προσδι-ορίστηκε το μέσο μέγεθος των νανοκρυσταλλιτών από ολόκληρο το πάχος του πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Από τα φάσματα Raman και την ανάλυσή τους, που αποτελεί και το κύριος μέρος της εργασίας, προέκυψαν τα ποσοστά των διάφο-ρων φάσεων που αποτελούν το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο και με το χαρακτηρι-σμό δειγμάτων με αυξανόμενό πάχος πολυκρυσταλλικού πυριτίου, αναδείχτηκε η ανάστροφα κωνική ανάπτυξη της δομής αυτής. Με τη χρήση ενός μοντέλου φω-νονιακού περιορισμού, μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα μεγέθη και τα σχήματα των νανοκρυσταλλιτών από τα φάσματα Raman για τα διαδοχικά πάχη της στρώσης του μcSi και να παρακολουθήσουμε έτσι, την εξάρτηση που αυτά πα-ρουσιάζουν με την αύξηση του πάχους. Στην κατεύθυνση βελτίωσης της απόδοσης της δομής, προχωρήσαμε στη πα-ρασκευή του υμενίου του πολυκρυσταλλικού πυριτίου με ανόπτηση laser αμόρ-φου πυριτίου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα Nd:YAG laser στα μήκη κύματος των 1064nm και 266nm, σε κατάλληλη διάταξη που αναπτύξαμε για την μηχανική σάρωση μίας μεγάλης επιφάνειας του δείγματος. Στη εργασία αυτή πα-ρουσιάζονται οι πρώτες προσπάθειες και ο χαρακτηρισμός τους, καθώς και η χαρτογράφηση των ακτινοβολημένων περιοχών ως προς τα ποσοστά κρυσταλ-λοποίησης τα οποία προσδιορίστηκαν με φασματοσκοπία Raman., In this master thesis are presented the results of structural and optical characterization of thin film poly-Si, which is used in micromorph tandem solar cells. The work was performed within the Program “Competitiveness and Entrepreneurship” and was co-financed by Hellenic Funds and the European Regional Development Fund (ERDF) under the Hellenic National Strategic Reference Framework (NSRF) 2007-2013. The active region of a micromorph solar cell is composed of two thin layers of amorphous (200nm) and polycrystalline silicon (800nm) in p-i-n arrangement. The films were deposited on a glass substrate coated with ZnO (playing the role of the front electrode) by chemical deposition of silicon from vapor in the presence of plasma (PECVD). The Efficiency of a micromorph solar cell, as well as its overall behavior are determined by the structure and the individual characteristics of the thin films that compose it, since they determine the quantum efficiency of the absorption of the sunlight, the electrical mobilities of the photoinduced carriers in the structure and the chance of reconnection. Thus, the detailed characterization of these films using techniques such as SEM, XRD and Raman spectroscopy was deemed necessary. From the SEM images emerged the rough structural characteristics of our samples in micrometric scale, while from their XRD diagrams the average size of nanocrystallites for the entire thickness of the polycrystalline silicon film was determined. From the Raman spectra and their analysis, which is the main part of this thesis, the rates of the different phases that constitute the polycrystalline silicon were obtained. Moreover, the inverted conical growth of this structure was emerged with the characterization of samples with increasing thickness of polycrystalline silicon. By the use of a Phonon Confinement Model (PCM), we were able to estimate the sizes and shapes of nanocrystallites from the Raman spectra of the samples with the successive thicknesses of μcSi and to monitor the dependence that they present with increasing thickness. In order to improve the performance of the structure, we proceeded to the manufacture of polycrystalline silicon by laser annealing of amorphous silicon. For that purpose, an Nd:YAG Laser at 1064nm and 266nm was used, in an appropriate setup where a motorized stepper was utilized for the creation of a large enough, evenly annealed area. Preliminary annealing-processes, with different annealing parameters, have been tested, such as fluence and number of pulses. The annealed material studied by micro-Raman mapping, reveals areas of different quality ranging from amorphous to nanocrystalline Si., Ιωάννης Ν. Θεοδωράκος

Περιέχει βιβλιογραφικές αναφορές (σ. 133-137). Αριθμός δεδηλωμένων πηγών στη βιβλιογραφία: 66 Διατριβή (διδακτορική) -- Πανεπιστήμιο Κύπρου, Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών, Τμήμα Φυσικής, Ιούνιος 2006. Η βιβλιοθήκη διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και της μοντέρνας οπτικής το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο αποτελεί ένα βασικό υλικό με αρκετά υποσχόμενες ιδιότητες. Η διατριβή αυτή επικεντρώνεται στη μελέτη της χωρικής και χρονικής εξέλιξης της δυναμικής των φορέων σε χρονικές κλίμακες μερικών femtoseconds χρησιμοποιώντας τεχνικές διέγερσης-ανίχνευσης. Είναι γνωστό ότι η ιοντική εμφύτευση (implantation) δημιουργεί ατέλειες στο κρυσταλλικό πλέγμα και εισάγει επιπλέον κέντρα επανασύνδεσης για τους φορείς του υλικού. Ταυτόχρονα, η θερμική ανόπτυση (annealing) βοηθάει στην επαναφορά του υλικού στην αρχική του μορφή. Η συγκεκριμένη έρευνα εστιάζεται στη μελέτη της αλλαγής της ανακλαστικότητας και διέλευσης κάτω από διέγερση υπερταχέων παλμών laser. Οι μετρήσεις αναλύονται με τη χρήση κατάλληλου μοντέλου συζευγμένων εξισώσεων διάχυσης και παράμετροι κλειδιά που αφορούν τη δυναμική των φορέων και τις οπτικές και δομικές ιδιότητες του υλικού αυτού εξάγονται. Η δυναμική των φορέων μελετάται σε ένα μεγάλο εύρος ενεργειών ανίχνευσης και φαινόμενα αλληλεπίδρασης φορέων-φορέων αλλά και φορέων-πλέγματος αναλύονται. Τέλος, με την αύξηση των απαιτήσεων για όλο και μικρότερες διαστάσεις υλικών η μελέτη μας επικεντρώνεται στην αλλαγή της δυναμικής των φορέων μειώνοντας τις διαστάσεις του υλικού σε μερικά nanometers. Η χρονική εξέλιξη της απορρόφησης στο εσωτερικό των νανοκρυσταλλιτών επιβεβαιώνει θεωρητικές προβλέψεις που αφορούν την ύπαρξη κβαντικοί επιφανειακών καταστάσεων και κβαντικού περιορισμού. In this dissertation we report on femtosecond time-resolved measurements of the polycrystalline silicon samples. Ion implantation of dopant atoms into silicon generates non equilibrium levels of crystal defects that can lead to the detrimental effects of transient enhanced diffusion, incomplete dopant activation, and p-n junction leakage. In order to control all these effects, it is vital to have a clear understanding of ultrafast carrier dynamics (trapping time, diffusion coefficient and absorption coefficient) inside this material. This research focuses on the transient differential reflectivity and transmittance measurements and analyzes the results using a coupled diffusion equation model. Subsequent annealing recovers the periodicity obtaining a long-range ordering. The dielectric functions of this material upon implantation and annealing have been extracted using spectroscopic ellipsometry measurements. The effects of implantation and annealing on diffusion coefficient, absorption coefficient and captured times from the traps at different probing wavelength (using a super continuum source) have been studied. High fluence excitation measurements have been performed for implanted and annealed samples. Auger coefficient of highly implanted and annealed polycrystalline silicon sample has been found. The carrier dynamics of this material have been extensively studied as a function of the thickness of polycrystalline silicon layer. The transient induced absorption of ultrathin implanted and annealed polycrystalline silicon samples at different probing wavelengths reveals the free carrier absorption behaviour from lower to higher states. Relaxation times and efficiency of coupling between intravaley or intervaley transitions have been discussed in details. These parameters are key contributing factors for optoelectronics applications. Implanted samples serve traps to the carriers causing faster recombination than polycrystalline silicon sample. Finally, minimizing the size of embedding nanocrystals in silicon dioxide matrix, the induced absorption behaviour is consistent with quantum confinement theory and recently considerations of surface deformation states and the interior of silicon nanocrystals due to the embedding.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η λειτουργία φωτοβολταϊκών πλαισίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου και συγκεκριμένα γίνεται εξαγωγή των dc παραμέτρων (ηλεκτρικά χαρακτηριστικά) του συγκεκριμένου τύπου φωτοβολταϊκού πλαισίου υπό φωτισμό σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Αρχικά παρατίθεται η θεωρία για τα ηλιακά κύτταρα που είναι η βασική δομική μονάδα του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Για να μπορεί να γίνει εύκολα αντιληπτό σε όλους το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, δίδεται μια διεξοδική περιγραφή της λειτουργίας της p-n επαφής. Παράλληλα, μελετώνται κάποια προβλήματα που μπορεί να προκύψουν στις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις και οι πιθανοί τρόποι σύνδεσης μιας οικιακής εγκατάστασης. Στην συνέχεια ακολουθεί το πειραματικό μέρος. Σε αυτό παρουσιάζεται μια σειρά μετρήσεων που διεξήχθησαν κατά την διάρκεια του ακαδημαικού έτους 2008-2009 και η χάραξη γραφικών παραστάσεων μέσω των οποίων καταδεικνύεται πόσο επηρεάζεται η λειτουργία των φωτοβολταϊκών πλαισίων από κάποιους περιβαλλοντικούς παράγοντες σε διαφορετικές εποχές. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία παρέχουν γνώση για την μελέτη μιας πραγματικής εγκατάστασης στην περιοχή της Πάτρας. Το πιο σημαντικό αποτέλεσμα είναι η ετήσια συνολική αποδιδόμενη ενέργεια από το πλαίσιο πολυκρυσταλλικού πυριτίου των 80W σε κλίση 38 μοίρες στην περιοχή της Πάτρας που είναι 98 KWh/έτος. Στη μελέτη αυτή περιλαμβάνεται και μια πρόταση εγκατάστασης φωτοβολταϊκών στην ταράτσα της φοιτητικής εστίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Λαμβάνοντας υπόψιν μας τις ενεργειακές ανάγκες της φοιτητικής εστίας, έγινε προσπάθεια να βρεθεί μια λύση τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων, έτσι ώστε το σύστημά μας να είναι λειτουργικό καλύπτωντας όσο το δυνατό τις ανάγκες για ηλεκτρική ενέργεια. Θεωρείται όμως αναγκαίο να αναφερθεί οτι οι πειραματικές μετρήσεις στις οποίες στηρίζεται η μελέτη αυτή συνιστούν ένα μέρος μόνο των μετρήσεων οι οποίες απαιτούνται για την πλήρη ανάπτυξη και διερεύνηση του θέματος που πραγματεύεται η παρούσα Διπλωματική εργασία. The present thesis studies the operation of polycrystalline silicon solar modules and concretely the export of dc parameters (electric characteristics) of the particular type of solar module under real conditions of operation. Initially, the thesis mentions the theory of the solar cells that are the basic structural unit of solar modules. In order the photovoltaic phenomenon, to be easier understood to all people, an extensive description of operation of p-n junctions is given. At the same time, certain problems which come out in photovoltaic installations are studied and the likely ways of connection of domestic installation. Then, the experimental part follows. At this part, a group of measurements are presented which were made at the duration of academic year 2008-2009 and the mapping out of graphic representations, which shows the influence of the operation of solar modules from certain environmental factors per season. The results that came out from the experimental process constitute knowledge for the study of a real installation at the region of Patras-Greece. The most important result is the annual total energy yield from polycrystalline silicon solar module of 80W αt tilt angle 38 degrees at Patras being 98 KWh/year. It is included in this study an indicative photovoltaic installation at the flat-roof of students‟ housing of University of Patras. Knowing the energy needs of students‟ housing, we try to find a solution of placement of solar modules, so our system to be functional as long as possible for the needs for electric energy. It is however necessary to mention that the experimental measurements on which this study is built constitute a part only of the measurements required for the full development and investigation of the issue addressed by this thesis.

Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία μελετάται η δομή και η λειτουργία φωτοβολταϊκών πλαισίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητη τόσο η θεωρητική μελέτη και περιγραφή της λειτουργίας τους, όσο και η πειραματική προσέγγιση του θέματος. Αρχικά, παρουσιάζεται η δομή των ηλιακών κυττάρων, βασικών δομικών μονάδων των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Στην αρχή δίνεται μια περιεκτική περιγραφή της λειτουργίας της p-n επαφής ώστε στη συνέχεια να γίνει ευκολότερα κατανοητός ο τρόπος που επιδρά το φωτοβολταϊκό φαινόμενο στη δομή αυτή. Αναλύονται ορισμένα μεγέθη που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη των φωτοβολταϊκών καθώς και οι συνθήκες στις οποίες μετρώνται παγκοσμίως τα ηλιακά κύτταρα/πλαίσια προκειμένου να υπάρχει ένα κοινό μέτρο σύγκρισης. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την πειραματική διαδικασία. Σε αυτήν αναλύονται διεξοδικά οι παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών σε μια πραγματική εγκατάσταση. Οι παράγοντες αυτοί είναι κυρίως περιβαλλοντικοί (ηλιοφάνεια, θερμοκρασία). Υπάρχουν εξίσου σημαντικοί παράγοντες, όμως, που είναι δυνατό να μεταβληθούν από τον άνθρωπο με τρόπο ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη απόδοση. Πιο συγκεκριμένα, η γωνία κλίσης του πλαισίου και η περίπτωση της σκίασής του είναι απαραίτητο να ληφθούν σοβαρά υπόψη. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν έχουν άμεση εφαρμογή στον υπολογισμό και τη μελέτη μιας πραγματικής εγκατάστασης μιας και δίνουν συγκεκριμένες αριθμητικές τιμές. Για παράδειγμα η συνολική αποδιδόμενη ετήσια ενέργεια από ένα πλαίσιο 80Wp τοποθετημένο με γωνία κλίσης ίση με τη βέλτιστη (380) στην περιοχή της Πάτρας είναι 172.038kWh. Αξιοσημείωτη είναι και η σύγκριση των πειραματικών τιμών ισχύος και συντελεστή απόδοσης με τις τιμές του κατασκευαστή και αυτές που προέκυψαν μέσω μοντελοποίησης (σε υπολογιστή με τα προγράμματα Matlab και Mathematica). Αυτές είναι: η μετρούμενη ισχύς του πλαισίου 73,15Watt και συντελεστής απόδοσης η=11,5%, ισχύς διδόμενη από τον κατασκευαστή 81,71Watt με συντελεστή απόδοσης η=12,6% και ισχύς η που προκύπτει από τη μοντελοποίηση 89,95Watt με συντελεστή απόδοσης η=14,2%. Η αιτιολόγηση αυτών των διαφορετικών τιμών ισχύος και των αντιστοίχων συντελεστών απόδοσης αποδίδεται στην αδυναμία να πετύχουμε ίδιες συνθήκες διεξαγωγής αυτών των μετρήσεων καθώς και στην σε σειρά και παράλληλη αντίσταση που δεν είναι δυνατόν να εκτιμηθούν ακριβώς για να εισαχθούν στο μοντέλο. This thesis studies the structure and performance of polycrystalline silicon solar modules. To do this, not only a theoretical study of their operation is necessary, but also an experimental approach of the subject. In a first step, we can see the structure of polycrystalline silicon solar cells, which compose the solar panels. It was thought useful to give a compact description of the –p-n junction function. This way, the photovoltaic phenomenon’s impact on –p-n junction’s function can be easier understood. Along with the theoretical part, there is an analysis of some values that are used to the photovoltaic science along with the conditions that are used in order to have a common meter of comparison. A study, however, would not be completed if the experimental process did not exist. In this process the factors that influence the photovoltaic operation are analyzed at great length in a real installation. These factors are mainly environmental (sunlight, temperature). There are equally important factors, however, which are possible to be altered in such a way to achieve the most optimal performance. Specifically, the tilt angle and the shading case of the solar module are essential to be taken seriously into consideration. The results can be directly used for the calculation of a real installation and are very helpful as they are quite specific. For example, the total output power with a tilt angle of 380 at Patras-Greece is 172.038kWh. It is also remarkable to have a comparison between the experimental data, the data given by the constructor and the data gathered through simulation method. The values for the output power are 73,15Watt (η=11,5%), 81,71Watt (η=12,6%) and 89,95Watt (η=14,2%) respectively. The explanation of different power factor and output power comes from the inability to achieve exactly the same experimental conditions. Moreover, the shunt and series resistances cannot be calculated exactly due to lack of constructor’s data details.

Περιέχει βιβλιογραφικές αναφορές (σ. 133-137). Αριθμός δεδηλωμένων πηγών στη βιβλιογραφία: 66 Διατριβή (διδακτορική) -- Πανεπιστήμιο Κύπρου, Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών, Τμήμα Φυσικής, Ιούνιος 2006. Η βιβλιοθήκη διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας και της μοντέρνας οπτικής το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο αποτελεί ένα βασικό υλικό με αρκετά υποσχόμενες ιδιότητες. Η διατριβή αυτή επικεντρώνεται στη μελέτη της χωρικής και χρονικής εξέλιξης της δυναμικής των φορέων σε χρονικές κλίμακες μερικών femtoseconds χρησιμοποιώντας τεχνικές διέγερσης-ανίχνευσης. Είναι γνωστό ότι η ιοντική εμφύτευση (implantation) δημιουργεί ατέλειες στο κρυσταλλικό πλέγμα και εισάγει επιπλέον κέντρα επανασύνδεσης για τους φορείς του υλικού. Ταυτόχρονα, η θερμική ανόπτυση (annealing) βοηθάει στην επαναφορά του υλικού στην αρχική του μορφή. Η συγκεκριμένη έρευνα εστιάζεται στη μελέτη της αλλαγής της ανακλαστικότητας και διέλευσης κάτω από διέγερση υπερταχέων παλμών laser. Οι μετρήσεις αναλύονται με τη χρήση κατάλληλου μοντέλου συζευγμένων εξισώσεων διάχυσης και παράμετροι κλειδιά που αφορούν τη δυναμική των φορέων και τις οπτικές και δομικές ιδιότητες του υλικού αυτού εξάγονται. Η δυναμική των φορέων μελετάται σε ένα μεγάλο εύρος ενεργειών ανίχνευσης και φαινόμενα αλληλεπίδρασης φορέων-φορέων αλλά και φορέων-πλέγματος αναλύονται. Τέλος, με την αύξηση των απαιτήσεων για όλο και μικρότερες διαστάσεις υλικών η μελέτη μας επικεντρώνεται στην αλλαγή της δυναμικής των φορέων μειώνοντας τις διαστάσεις του υλικού σε μερικά nanometers. Η χρονική εξέλιξη της απορρόφησης στο εσωτερικό των νανοκρυσταλλιτών επιβεβαιώνει θεωρητικές προβλέψεις που αφορούν την ύπαρξη κβαντικοί επιφανειακών καταστάσεων και κβαντικού περιορισμού. In this dissertation we report on femtosecond time-resolved measurements of the polycrystalline silicon samples. Ion implantation of dopant atoms into silicon generates non equilibrium levels of crystal defects that can lead to the detrimental effects of transient enhanced diffusion, incomplete dopant activation, and p-n junction leakage. In order to control all these effects, it is vital to have a clear understanding of ultrafast carrier dynamics (trapping time, diffusion coefficient and absorption coefficient) inside this material. This research focuses on the transient differential reflectivity and transmittance measurements and analyzes the results using a coupled diffusion equation model. Subsequent annealing recovers the periodicity obtaining a long-range ordering. The dielectric functions of this material upon implantation and annealing have been extracted using spectroscopic ellipsometry measurements. The effects of implantation and annealing on diffusion coefficient, absorption coefficient and captured times from the traps at different probing wavelength (using a super continuum source) have been studied. High fluence excitation measurements have been performed for implanted and annealed samples. Auger coefficient of highly implanted and annealed polycrystalline silicon sample has been found. The carrier dynamics of this material have been extensively studied as a function of the thickness of polycrystalline silicon layer. The transient induced absorption of ultrathin implanted and annealed polycrystalline silicon samples at different probing wavelengths reveals the free carrier absorption behaviour from lower to higher states. Relaxation times and efficiency of coupling between intravaley or intervaley transitions have been discussed in details. These parameters are key contributing factors for optoelectronics applications. Implanted samples serve traps to the carriers causing faster recombination than polycrystalline silicon sample. Finally, minimizing the size of embedding nanocrystals in silicon dioxide matrix, the induced absorption behaviour is consistent with quantum confinement theory and recently considerations of surface deformation states and the interior of silicon nanocrystals due to the embedding.