Nowe zastosowania dla fotowoltaiki i optoelektroniki
W ramach projektu o nazwie "Nanokrystaliczne warstwy krzemu w zastosowaniach fotowoltaicznych i optoelektronicznych" ('Nanocrystalline silicon films for photovoltaic and optoelectronic applications' - Nanophoto) pracowano nad stworzeniem nanokrystalicznych powłok krzemowych (nc-Si), możliwych do stosowania w fotowoltaice i optoelektronice. By wesprzeć powyższe prace, w ramach finansowanego przez UE projektu podjęto wyzwanie w postaci stworzenia narzędzi obliczeniowych pomocnych przy opracowywaniu procesu hodowli kryształów nc-Si, przy użyciu specyficznego reaktora do niskoenergetycznego, chemicznego osadzania z fazy gazowej przy użyciu plazmy ('low-energy plasma-enhanced chemical vapour deposition' - LEPECVD). Działania w zakresie modelowania obejmowały dynamikę molekularną ('molecular dynamics' - MD) oraz kalkulacje prowadzone od podstaw, natomiast do oceny mikrostruktur i naprężeń wykorzystano narzędzia obliczeniowe. Naukowcy pragnęli przede wszystkim określić najlepsze sposoby opisywania złożonej, wieloskalowej fizyki związanej ze wzrostem warstw nc-Si w reaktorach LEPECVD. W celu lepszego zrozumienia podstaw fizycznych, początkowo modele zastosowano do odzwierciedlenia sytuacji idealnych. Następnie modele zastosowano do odzwierciedlenia sytuacji rzeczywistych, co w rezultacie doprowadziło do ważnych ustaleń. W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano wiele pozytywnych wyników. Jednym z nich jest modelowanie zmian strukturalnych nc-Si oraz nc-Si/a-Si (stosunek krystaliczności do amorficzności) poprzez uwzględnienie wpływów naprężeń oraz określenie mobilności atomowej w obszarze złącza w dowolnej temperaturze i pod dowolnym obciążeniem. Dalsze badania wykazały, że w systemach opartych na czystym krzemie nie występuje ograniczenie funkcji falowej elektronu. Dzięki zastosowaniu algorytmu DAC-TB, uczestnicy projektu LEPECVD dokonali pełnego opisu własności elektronicznych nc-Si podczas krystalizacji w określonej temperaturze. Powyższe osiągnięcie pozwoliło dokonać pierwszego w historii porównania własności strukturalnych i optoelektronicznych wielkoskalowych modeli nanokrystalicznych. W ramach projektu uzyskano ponadto pozytywne wyniki eksperymentalne w zakresie tworzenia prototypów.
