dc.contributor.advisor | Arutyunov, Konstantin | |
dc.contributor.advisor | Jalkanen, Pasi | |
dc.contributor.author | Kulju, Sampo | |
dc.date.accessioned | 2021-11-15T11:13:52Z | |
dc.date.available | 2021-11-15T11:13:52Z | |
dc.date.issued | 2009 | |
dc.identifier.uri | https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/78652 | |
dc.description.abstract | Uusiutuvat energiamuodot ja aurinkosähkö ovat kuuma puheenaihe. Myös tutkimustyö
tällä saralla on ollut kiivasta viime vuosikymmeninä ja tuloksena on syntynyt esimerkiksi
väriaineherkistetyt aurinkokennot. Nämä aurinkokennot voivat olla halpa
ratkaisu tulevaisuuden päästöttömään energiantuotantoon, mutta näissä aurinkokennoissa
käytetyt valolle herkät väriaineet voivat antaa myös uusia mahdollisuuksia molekyylielektroniikan
saralle ja tuleviin nanomittaluokan sovelluksiin. Väriaineiden laajempi
käyttö vaatii kuitenkin uudenlaisten värjäysmetodien kehittämistä. Tässä työssä
keskityttiinkin väriainehöyrystimen kehittämiseen ja testaamiseen.
Työn alussa tehdään katsaus väriaineisiin ja käydään läpi höyrystämiseen liittyvää
teoriaa, kuten filmin muodostumisnopeutta ja erilaisia kasvumoodeja. Tämän jälkeen
tutustutaan väriaineherkistettyihin aurinkokennoihin, niiden toimintamekanismiin
ja valmistukseen, jonka jälkeen tarkastellaan kiinteän väriaineen mahdollistamia
ratkaisuja ja niiden toimintaperiaatetta.
Seuraavassa luvussa käydään läpi värihöyrystimen kehityskaari sekä nykyinen laitteisto
kaaviokuvineen. Samalla esitetään myös suoritetut kalibraatiotoimenpiteet sekä
lämpö- että paksuusmittarille, ja kuvataan värin höyrystysprosessi.
Näytteenvalmistus- ja tarvittavat litografiaprosessit käydään läpi eri näytetyypeille
ja käytetyt mittausjärjestelyt kytkentäkaavioineen ja laitteistoineen kuvataan.
Absorptiospektrien avulla varmistettiin, että väriaine höyrystyy näytteelle. Kiinteän
värin spektriä myös verrattiin nesteeseen liuotettuun väriin. Emissiospektrien
mittauksella todennettiin, että väri selviää höyrystysprosessista ja on täten vielä aktiivista.
Näytteet osoittivat myös valosähköisiä ominaisuuksia. Värjättyjen näytteiden
johtavuus parani, kun niitä valaistiin. Vaikutuksen voimakkuus korreloi näytteen
absorptiospektrin kanssa. Myös hystereesisefekti oli huomattavissa: tasajännitepyyhkäisyn
(negatiivisesta positiiviseen) tuloksena näytteen vastus kasvoi mikä
huomattiin takaisin pyyhkäisyn aikana. Vaikutus kuitenkin pystyttiin tuhoamaan nopeasti
tarpeeksi suurella negatiivisella jännitteellä.
Höyrystysmetodi todettiin toimivaksi ratkaisuksi ja täten värjääminen voidaan ottaa
osaksi litografiaprosessia. Tämä mahdollistaa väriherkistetyt mikro- ja nanorakenteet
jotka omaavat edellä kuvatun kaltaisia valosähköisiä ominaisuuksia.
Projekti tehtiin yhteistyössä Jyväskylän yliopiston professori Jouko Korppi-Tommolan
fysikaalisen kemian ryhmän kanssa. | fi |
dc.description.abstract | Dye-sensitized solar cells (DSSC) have been investigated widely in last two decades and
the research work has led to good results. Nowadays DSSCs are relatively efficient, but
a problem is the long term stability and manufacturing. These dyes used in DSSCs
would also give multiple possibilities to nanoapplications, but the typical sensitization
method, soaking in solution, doesn’t work with nanofabrication.
However increasing interest towards the molecular engineering has already developed
different kind of molecule deposition methods. Anyway, these methods being
relatively simple, don’t suit mass production and don’t allow to control the deposited
layer thickness.
The main objective of this thesis was the development a vacuum evaporation
method for deposition of dye sensitizer molecules on PMMA-masked metal-oxide structures.
This was done in high vacuum conditions where dye was sublimated in heated
crucible at temperature range 145-160 C forming a gaseous jet of molecules from the
evaporation chamber into the pumped target chamber. Thickness of the deposited dye
layer was controlled by the crystal deposition controller that was calibrated with the
AFM. Dye deposition were applied to TiO2 and FTO based components that showed
spectral response according to the dye absorption spectra. Photo-electric properties of
these components were also measured. Illumination affected the samples during the
AC and DC measurements by reducing their resistance. The effect was found to be
wavelength dependent and corresponding to the absorption spectrum of the samples.
The method proved to be usable method for integration of dye sensitizers to conventional
lithographical fabrication in order to develop dye based light sensitive micro
and nano sized electronics. Research of these new possible structures can give us an information
about dye-oxide interactions which could benefit the development of DSSCs.
They could also provide knowledge of the spectra of the pure dye without any solvent,
quantum effects in dye and maybe even serve as a single photon detector.
This project was done in collaboration with Prof. Jouko Korppi-Tommola’s group
from the department of Chemistry of the University of Jyväskylä. A confocal microscope
was operated by Teemu Ihalainen from the department of Biological and
Environmental Science of the University of Jyväskylä. | en |
dc.format.extent | 60 | |
dc.format.mimetype | application/pdf | |
dc.language.iso | en | |
dc.title | Vapour phase deposition of dye sensitizer | |
dc.identifier.urn | URN:NBN:fi:jyu-202111155665 | |
dc.type.ontasot | Pro gradu -tutkielma | fi |
dc.type.ontasot | Master’s thesis | en |
dc.contributor.tiedekunta | Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta | fi |
dc.contributor.tiedekunta | Faculty of Sciences | en |
dc.contributor.laitos | Fysiikan laitos | fi |
dc.contributor.laitos | Department of Physics | en |
dc.contributor.yliopisto | Jyväskylän yliopisto | fi |
dc.contributor.yliopisto | University of Jyväskylä | en |
dc.contributor.oppiaine | Fysiikka | fi |
dc.contributor.oppiaine | Physics | en |
dc.rights.copyright | Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. | fi |
dc.rights.copyright | This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. | en |
dc.type.publication | masterThesis | |
dc.contributor.oppiainekoodi | 4021 | |
dc.subject.yso | väriaineet | |
dc.subject.yso | värjäys | |
dc.subject.yso | nanotekniikka | |
dc.subject.yso | colouring agents | |
dc.subject.yso | dyeing | |
dc.subject.yso | nanotechnology | |
dc.format.content | fulltext | |
dc.type.okm | G2 | |