Absorption Spectroscopy Studies of Silicon Dioxide Nanoparticles and Their Applications in Solar Cells

Silicon dioxide, or silica (SiO2) is a combination of chemical elements silicon (Si) and oxygen (O2). It is a very widespread material on Earth mainly in form of quartz and silica sand. Silicon dioxide is used in silicon solar cells on pure silicon wafers for surface passivation and antireflection. Surface passivation is a technique for preventing efficiency losses. Silicon dioxide has a bandgap energy from 7.52 to 9.6 eV (electron volt) depending on Si-O-Si bond angle and lengths. The aim of this Bachelor´s thesis is to analyse four different SiO2 nanoparticle samples synthesized at the Institute of Technology under UV-Vis spectrophotometer in order to find most UV and daylight absorption. The simplified model based on Beer-Lambert law was implemented to describe absorption in these silicon dioxide nanoparticle suspensions. As a result, the optical properties of these silicon dioxide nanoparticles were analysed in software named “Origin” and graphs interpreted. Conducted tests results may help to understand these SiO2 samples more.

Käesoleva töö eesmärk on analüüsida erinevaid sool-geel meetodil Eesti Maaülikooli Tehnikainstituudis sünteesitud ränidioksiidide proove UV-Vis spektromeetri abil. Ränidioksiid (SiO2) on keemiliste elementide räni (Si) ja hapniku (O2) kombinatsioon. See on Maal väga laialt levinud materjal peamiselt kvartsi ja liiva kujul. Ränidioksiidi kasutatakse dopeeritud pooljuhtelement räniplaatide katmiseks päikesepaneelide fotogalvaanilistel elementidel. See väldib pooljuhtelemendi räni oksüdeerumist ning ühtlasi kaitseb seda väliskeskkonna mõjude eest. Samuti kasutatakse ränidioksiidi valguse peegeldumise vähendamiseks või siis soovitud peegeldumise saavutamiseks kombinatsioonis ainetega, millel on erinev refraktsiooniindeks. Puhta amorfse pooljuhtelemendi ränipinna passiveerimine võimaldab säilitada, tõsta fotogalvaanilise elemendi kasutegurit ning vähendada võimalikke kadusid. Tsooniteooria kohaselt on ränidioksiidi keelutsoon lai. SiO2 keelutsooni energia (valentsitsooni ja juhtivustsooni vahe) on vahemikus 7,52 kuni 9,6 eV (elektronvolt), mis sõltub Si-O-Si sidemenurgast ja pikkustest. Iga SiO2 proovi jaoks tehti lihtsustatud arvutused, kasutades Beer-Lamberti seadust. UV-Vis spektromeetri abil saadud tulemusi analüüsiti tarkvaras nimega “Origin” ja joonestati neeldumisgraafikud. Läbiviidud proovide analüüsi tulemused võivad aidata neid SiO2 proove paremini mõista.