Ntnu fakultet for naturvitenskap Norges teknisk-naturvitenskapelige og teknologi universitet Institutt for fysikk




Yüklə 180.26 Kb.
səhifə5/5
tarix24.04.2016
ölçüsü180.26 Kb.
1   2   3   4   5

Forslag til oppgaver innen solenergi



1) Intermediate-band QD solceller

Såkalte “Intermediate band” solceller (IBSC) har en teoretisk virkningsgrad (63%) som er dobbelt så høy som for konvensjonelle silisiumbaserte solceller. Økningen i effektivitet skyldes at et større område av solspektret kan utnyttes, ved at infrarøde fotoner, som normal ikke blir absorbert, bidrar til fotogenereringen av ladningsbærere via et mellomliggende (”intermediate”) energibånd i båndgapet. (Se figur 1 til høyre.)


En mulig realisering av IBSC’er er å bruke kvanteprikker (Quantum Dots) laget av halvledere, plassert i et n-dopet lag av en halvleder med større båndgap. Kvanteprikkene har diameter på ca 50 nm eller mindre. Laget med kvanteprikker plasseres mellom et n+-dopet og et p-dopet lag som vist i figur 2, som sammen danner pn-overgangen som skiller de fotogenererte hullene fra elektronene.
De diskrete energinivåene i kvanteprikkene vil danne energibånd hvis de er koblet elektronisk, dvs hvis bølgefunksjonene overlapper. Dette energibåndet vil ligge i båndgapet til halvlederen kvanteprikkene er plassert i.
Framstilling av halvledere på nano- og mikroskala fra bunnen av kalles halvledervekst, fordi de framstilles atom for atom. En mulig måte å framstille kvanteprikker på er ved ”egenorganisert” vekst, hvor kvanteprikkene dannes av seg selv under gunstige vekstbetingelser. Slike betingelser kan oppnåes i et molekylstråleepitaksi (MBE) anlegg.
Ved institutt for elektronikk og telekommunikasjon har en gruppe, ledet av prof. Bjørn-Ove Fimland, framstilt halvledere ved hjelp av MBE siden 1988, og i høst skal de lage IBSC-strukturer i samarbeid med førsteamanuensis Turid Worren ved Institutt for fysikk. Vi skal framstille InAs kvanteprikker i en GaAs-matrise ved hjelp av MBE og prøvene skal karakteriseres ved hjelp av transmisjonselektronmikroskopi (TEM) og atomærkraft mikroskopi (AFM) for å se på strukturen til prøvene, samt fotoluminescens og absorpsjon for å se på de optiske egenskapene. Etterpå skal vi lage solceller av prøvene og teste dem (måle IV-kurver under belysning).
Vi tilbyr opp til fire studentoppgaver i prosjektet. Felles for alle oppgavene er å gjøre litteraturstudier om IBSC’er basert på kvanteprikker, og spesialiseringene i hver oppgave kan gå på ulike karakteriseringsteknikker som nevnt ovenfor, eller MBE groing.
Veiledere

Turid Worren, Institutt for fysikk, turid.worren@phys.ntnu.no, Kontor: E4-154

Bjørn Ove Fimland, Inst. for elektronikk og telekommunikasjon, bjorn.fimland@iet.ntnu.no
2) CSVT-deponering av GaAs-tynnfilmer

Molekylstråleepitaksi (MBE), som skal benyttes i oppgaven over, er en kostbar framstillingsmetode som resulterer i defektfrie materialer og komponenter. En slik metode er uaktuell for framstilling av solceller i stor skala. I gruppe for energi- og miljøfysikk holder vi derfor på å bygge opp et laboratorium for en alternativ framstillingsmetode, som også kan gi materialer av relativt høy kvalitet, kalt close-spaced vapour transport (CSVT). Metoden ble utviklet på 1960-tallet, men ble utkonkurrert av MBE og MOCVD for framstilling av såkalte III-V halvledere (GaAs, InAs etc) for elektronikkomponenter. De siste årene har interessen for å bruke CSVT for framstilling av solcellematerialer vært økende, blant annet fordi materialutnyttelsen er veldig høy (90%, mot 60% for MOCVD).


Metoden kan brukes for å deponere en rekke ulike halvledermaterialer i form av tynnfilmer og i dette prosjektet skal vi deponere p-type GaAs på n-type GaAs substrater for å lage en enkel solcelle. Avhengig av interesse og faglig bakgrunn kan prosjektoppgaven omhandle ulike karakteriseringsteknikker (for optiske, elektriske, strukturelle egenskaper etc) eller modellering av GaAs-solceller med vekt på taksmekanismer på grunn av defekter og forurensinger.
Veiledere

Sverre Pettersen, sverre.pettersen@phys.ntnu.no kontor E4-146

Turid Worren, turid.worren@phys.ntnu.no, kontor E4-154
3) Fotoelektrokjemiske celler: deponering av oksidsjikt

Fotoelektrokjemiske celler, hvor en halvlederelektrode (i praksis en solcelle) er senket ned i en vandig elektrolytt (f.eks KOH), kan benyttes for direkte produksjon av hydrogen fra sollys. En skjematisk figur av en fotoelektrokjemisk celle er vist til høyre. Produksjonen av hydrogen (og oksygen) skjer ved de katalyserte lagene på hver side av halvlederelektroden. Dette forutsetter at det genereres en spenning på ca 1,8-2,0 V, dvs. hvis en benytter et halvledermateriale med lavere fotogenerert spenning, må det påtrykkes en forspenning (bias) i tillegg. Et problem er imidlertid at konvensjonelle halvledermaterialer (Si, GaAs, InP etc.) ikke er stabile i vandig løsning, og må beskyttes av et ledende belegg for eksempel et dopet oksid (aktuelle oksider er ZnO, SnO2, Fe2O3, ITO).

Tynne oksidfilmer lagt på konvensjonelle halvledere kan utnyttes på flere måter i en fotoelektrokjemisk celle:


  • De beskytter halvlederelektroden mot korrosjon i vandig miljø

  • De aktuelle oksidene har halvlederegenskaper (n-type, med båndgap rundt 3 eV), som gjør at de i prinsippet kan utnytte UV-stråling og lage en tandemcelle i kombinasjon med den underliggende solcella.

  • Tynnfilm oksider kan også anvendes som antirefleksjonsbelegg.

Oppgaven går ut på deponering av oksidfilmer hjelp av pulset laser deponering PLD (SINTEF Trondheim) eller magnetron sputtering (SINTEF Oslo). En rekke karakteriseringsteknikker er aktuelle, f.eks. røntgen diffraksjon XRD og atomærkraftmikroskopi AFM (for å se på de strukturelle egenskapene i hhv. bulk og overflate) og absorpsjon (for de optiske egenskapene), i tillegg til måling av de elektrokjemiske egenskapene (stabilitet i vann under påtrykt spenning, måling av ledningsevne og elektrokjemisk impedans). Valg av karakteriserings-teknikk og deponeringsmetode kan tilpasses faglig bakgrunn og interesse. Deler av arbeidet vil foregå i samarbeid med forskere ved SINTEF Materialer og kjemi.


Veileder: Turid Worren, turid.worren@phys.ntnu.no, rom E4-154.

Medveiledere: Espen Olsen, Ann Mari Svensson, SINTEF Materialer og kjemi


4) Temperature Dependent Lifetime Spectroscopy/Injection Level Dependent Lifetime Spectroscopy (TDLS/IDLS)

Silisium er den kommersielt viktigste råvaren til bruk i solceller i dag. Det stilles ekstreme krav til renhet av råvarene: For mange metalliske forurensninger vil solcelle-effektiviteten reduseres ved forurensningsnivå på under ppb. Dette er så lave nivåer at tradisjonelle kjemiske metoder (massespektroskopi) for å bestemme forurensningsnivået ikke er tilstrekkelige. De mest følsomme teknikkene baserer seg på elektriske målemetoder, så som Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Dette er en standardisert metode der det også finnes kommersielt utstyr tilgjengelig. Metoden krever at det lages en pn-overgang eller Schottky-dioder av materialet, og den kan bare detektere forurensninger som lager dype nivåer i båndgapet.

Levetidsmålinger er et kraftig verktøy for karakterisering av materialegenskapene til silisium. Når man måler levetid, måler man akkurat den effekten av forurensningene som er interessant, nemlig deres evne til å forringe de elektriske egenskapene. Eksempelvis er det utviklet en enkel metode for å detektere konsentrasjonen av jernatomer i gitteret basert på at jern kan forefinnes i interstitiell form og som Fe-B-par, og disse to formene har markert forskjellig påvirkning på levetiden. Denne metoden er i ferd med å bli satt i rutine ved solcellelaboratoriet på NTNU. Dessverre er det ikke mulig å bruke denne metoden på andre viktige forurensninger, som Cu, Ti, Co, Ni etc.

Det er utviklet en metode for å detektere også andre forurensninger, basert på spektroskopi. Denne metoden er imidlertid langt mer omfattende enn den for jern, og er foreløpig sannsynligvis ikke implementert andre steder enn der den ble utviklet (Fraunhofer ISE, Freiburg, Tyskland). Metoden er egentlig to metoder, der man varierer henholdsvis injeksjonsnivået i prøven og temperaturen til prøven. Hver for seg har metodene begrensninger på hva de kan måle, men hvis de brukes sammen, kan de gi informasjon om både konsentrasjon, energinivå og innfangningstverrsnitt til forurensningene. Metoden forutsetter at det er én dominerende defekt, og den kan således ikke brukes til å studere kommersielt multikrystallinsk silisium, som inneholder en mengde forskjellige defekter. Imidlertid kan den brukes til kontrollerte studier av effekten av forskjellige forurensninger og defekter.

Ved NTNU er det foreløpig tilgang på ett bestemt oppsett for måling av levetid (QSSPC). Dette oppsettet er brukt i metoden IDLS. Et annet oppsett er brukt for TDLS. Det er uklart om det er noen prinsipielle grunner til at oppsettet ikke skal kunne brukes.

Prosjektoppgaven vil ha følgende mulige arbeidsoppgaver:



  • Litteratursøk/litteraturstudium, Oppsett av ILDS med QSSPC-apparatur

  • Evt bygging av kryostat/varmekammer for oppsett av TDLS

  • Målinger på monokrystallinske prøver som er kontaminert med bestemte forurensninger


Veiledere: Turid Worren, Institutt for fysikk, turid.worren@phys.ntnu.no, Kontor: E4-154

Gaute Stokkan, Scanwafer/NTNU, gaute.stokkan@material.ntnu.no

OPPGAVER INNEN OPTIKK

Tidsavhengig fluorescenspektroskopi

Veileder: Mikael Lindgren


Mål:

Lära och applicera grundläggande tidsupplöst fluorescensspektroskopi.


Forutsetning:

Grundläggande kunskaper i biofysik och/eller spektroskopi.


Innhold:

Moderna fotodetektorer samman med pulsad laser gör det möjligt att mäta struktur och dynamik hos molekylära system. Här skall användas fluorescensprober som introducerats i makromolekylära system (t ex proteiner, celler, polymerer, biomolekyler). Ur fluorescensemissionens polarisations och tidsförlopp skall extraheras parametrar som berättar om molekylernas interaktioner och rörelse. Arbetet blir att förstå och använda ett tidsupplöst fluorescensspektrometersystem.


Litteraturstudium, eget experimentellt arbete.

Muntlig, experimentell demonstration och rapportering av mätdata/resultat av analys.




Måling av høy frekvens dielektrisk respons for olje/papir systemer.

Den reelle og imaginære permittiviteten til et medium er frekvensavhengig. Denne frekvens­avhengigheten kommer av ulike polarisasjonsmekanismer i mediet. En dielektrisk respons måling måler permittiviteten som funksjon av frekvensen. Ut fra frekvensavhengigheten en finner ved en slik måling kan en si noe om egenskapene til mediet (t.d. om det inneholder polare grupper som vann og ulike aldringsprodukter). Å finne sammenhengen mellom dielektriske målinger og de ulike fysiske prosessene er ikke alltid enkelt, i de ulike modellene som forklarer denne sammenhengen finnes det mye god fysikk. Dette er også et emne som har stor praktisk anvendbarhet siden det har vist seg at en kan bruke dielektrisk respons målinger for å diagnostisere materialer. Et eksempel på en slik anvendelse å måle vanninnhold i papir brukt som isolasjon i transformatorer.


Ved Sintef Energiforskning har vi over lang tid målt dielektrisk respons for papir isolasjon (brukes i kombinasjon med olje som isolasjon i transformatorer) som har gjennomgått ulike aldringsprosesser, inneholder varierende mengder vann og ulike typer syre. Dette har ført til økt kunnskap om diagnostisering av papirisolasjon ved hjelp av dielektrisk respons. Vi har bygd opp en apparatur for å videreføre det arbeidet vi har gjort ved lave frekvenser (< 1000 Hz) til høgere frekvenser (< 3MHz). Prosjektet vil være en blanding av praktisk arbeid i labben og litteraturstudium.
Kontaktpersoner: Øystein Hestad (SEfAS, F-416), Dag Linhjell (SEfAS, E-321)
Anvendelse av ikke-termisk plasma i forbrenningsprosesser og reduksjon av utslippsgasser.

Høyspenningsteknologi, gassutladninger og plasmafysikk benyttes i mange industrielle prosesser. Elektriske felter har vært benyttet i mer enn hundre år til rensing av gasser og avløpsvann fra forbrenningsanlegg og annen industri. Elektriske korona-utladninger og felter brukes til støvutfelling, og gassutladninger og plasmareaktorer benyttes til å bryte ned, oksidere eller på annen måte fjerne miljøskadelige kjemikalier.


I et nylig oppstartet prosjekt ved SINTEF Energiforskning (SEfAS) vil man utvikle applikasjoner basert på lavtemperatur plasma, som kan bidra til energieffektive og lite plasskrevende løsninger. Noen aktuelle områder er reduksjon av utslippsgasser (NOx, SOx, VOC, CO, partikler mm.), oppgradering av biogasser, og kontroll av forbrenningsprosesser.
Aktuelle arbeidsoppgaver for en prosjektstudent vil et litteraturstudium og oppbygging av en småskala plasmareaktor for utslippsreduksjon. Reaktorens effektivitet kan studeres med massespektrometer (MS) og gasskromatografi.
Kontaktpersoner: Dr.Ing. Gunnar Berg (SEfAS, F-413), Prof. Svein Sigmond (Fysikk, NTNU)

2. SEKSJONENES ORIENTERINGSMØTER
I tillegg til oversikten over prosjekttilbud i punkt 1 inviteres studentene til seksjonenes orienteringsmøter som arrangeres slik:
Mandag 14.03.2005 kl.10.15 - 12.00 Seksjon for biofysikk og medisinsk tekn. rom D4-132

Mandag 14.03.2005 kl 1415-16.00 Seksjon for anvendt fysikk og fagdidatikk rom E4-107


Tirsdag 15.03.2005 kl. 10.15 - 12.00 Seksjon for kondenserte mediers fysikk rom D4-132
Onsdag 16.03.2005 kl. 10.15 - 12.00 Seksjon for teoretisk fysikk rom E5-103
Torsdag 17.03.2005 kl. 10.15 - 12.00 Seksjon for komplekse materialer rom E3-128

3. HVORDAN INNGÅS PROSJEKTAVTALER
Avtale om prosjekt kan ikke inngås før 21. april 2005 kl.14.15. På dette tidspunkt holder seksjonene hver for seg møter med studenter som har sitt primær ønske om prosjekt ved seksjonen. På møtet er seksjonen representert ved seksjonslederen og flest mulig av veilederne. Avtale om prosjekt inngås for de studenter hvis ønsker kan imøtekommes uten problemer. I de tilfellene der det er for mange studenter med samme ønske forsøkes minnelige ordninger. Hvis dette mislykkes, utvelges studentene til konkurranseutsatte prosjekter ut fra veilederens skjønn av hva som er den beste løsningen, eller ved loddtrekning.
Prosjektavtalemøter torsdag 21.04.2005 kl.14.15

Seksjon for kondenserte mediers fysikk rom D4-132

Seksjon for komplekse materialer rom E3-128

Seksjon for teoretisk fysikk rom E5-103

Seksjon for biofysikk og medisinsk teknologi rom D4-189

Seksjon for anvendt fysikk og fagdidaktikk rom E4-107


For prosjektvalg etter 21.april gjelder ”first come, first served”. Eksterne prosjekter forutsetter at en av det faste vitenskapelige personalet ved instituttet er villig til å være instituttansvarlig.

Prosjektavtaleskjemaet som finnes på neste side fylles ut og leveres studentekspedisjonene ved Institutt for fysikk senest 18.mai.





























NTNU
Norges teknisk-naturvitenskapelige
universitet


Fakultet for naturvitenskap
og teknologi






Institutt for fysikk




VALG AV FORDYPNINGSEMNE OG
IKKE-TEKNISK EMNE EVT. INGENIØREMNE
FOR STUDENTER I 5. ÅRSKURS, HØSTSEMESTER 2005













Navn:

e-post-adr:





(Fyll ut begge poster ovenfor tydelig!)











FORDYPNINGSEMNE (kryss av ett):







TFY 4700, Biofysikk fordypning

.....







eller







TFY 4705, Fysikk fordypning

.....










Tema
(Velg enten to tema på 3,75 stp hver eller ett på 7,5 stp. NB! Bruk korrekte betegnelser, dvs emnekode og navn fra Studiehåndbok 2005-2006. Denne ventes å foreligge ca. 1. mai.














1) Tema ..................................................................................

......... stp












2) Tema ..................................................................................

......... stp









Prosjekt

15,0 stp







Ansvarlig veileder ved Institutt for fysikk (Må være avtalt. Skal alltid fylles ut!):

.............................................................................................

Eventuell ekstern veileder:

..........................................................Institutt.........................................

Tittel på prosjektet:

..............................................................................................









________







SUM FORDYPNINGSEMNE:

22,5 stp










VALGBART EMNE / INGENIØREMNE (Biofysikk og medisinsk teknologi):




eller




IKKE-TEKNISK EMNE (Teknisk fysikk):









Emnenr + navn ...............................................................................

7,5 stp







SUM TOTALT:

30,0 stp



DATO:_________UNDERSKRIFT__________________________________





(Fyll ut to eksemplarer av skjemaet, behold det ene og lever det andre til INSTITUTTET innen 18. mai 2005.






NB! Ved feilaktig utfylling blir registreringen ikke godkjent, og skjemaet blir returnert for ny utfylling.)





INSTITUTT FOR FYSIKK

Fordypningsemner

Oversikt over tema

Koordinator: Professor Kristian Fossheim

--------------------------------------------------------------------------------

Høst 2005

Vi lister her opp fordypningstema slik de er planlagt for høstsemesteret 2005. Faglærerne vil kunne gi nærmere opplysninger.
Foruten fordypningstema skal det også velges et prosjekt og et valgbart emne / ingeniør emne evt. et ikke-teknisk emne (se studieplan i studiehåndboken, program F1). Det er laget et skjema for disse valgene som skal leveres Institutt for fysikk innen 18. mai. Se Skjema for valg av fordypningsemne.
Fordypningsemner:

TFY4700 Biofysikk

TFY4705 Fysikk
Tema i TFY4700 Biofysikk, fordypningsemne:

TFY1 Avbildning ved magnetisk resonans (3.75stp)

TFY2 Biofysiske mikroteknikker (7.5stp)

TFY3 Energi- og miljøfysikk (7.5stp)

TFY4 Fotobiofysikk (3.75stp)

TFY5 Fysiologi (3.75stp)

TFY6 Klinisk fysikk for stråleterapi (3.75stp)

TFY7 Målesensorer og transdusere (7.5stp)

TFY8 Nanopartikkel og polymerfysikk (7.5stp)

TFY9 Lys, syn, farge (7.5stp)

TFY10 Romteknologi I (7.5 stp)

Tema i TFY4705 Fysikk, fordypningsemne:

TFY3 Energi- og miljøfysikk (7.5stp)

TFY7 Målesensorer og transdusere (7.5stp)

TFY8 Nanopartikkel og polymerfysikk (7.5stp)

TFY9 Lys, syn, farge(7.5stp)

TFY10 Romteknologi I (7.5 stp)

TFY12 Biofysikk (7.5stp)

TFY13 Fysikk, fagdidaktikk (7.5stp)

TFY14 Funksjonelle materialer (7.5stp)

TFY16 Ikkelineær dynamikk (7.5stp)

TFY17 Kvanteteorien for faste stoffer (7.5stp)

TFY18 Relativistisk kvantemekanikk (7.5stp)

TFY22 Molekylær biofysikk (7.5stp)


Postadresse Besøksadresse Telefon +47 73 59 34 78 Side av

7491 Trondheim Høgskoleringen 5 Telefaks +47 73 59 77 10



1   2   3   4   5


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azrefs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə