Advanced

Development of Epitaxial Lift-Off to form GaAs nanowire array membranes

Svensson, Erik LU (2016) PHYM01 20152
Solid State Physics
Department of Physics
Abstract
Epitaxial lift-off-layers (ELO) were developed in order to create nanowire array membranes, with the intent to pave the way for solar cells in tandem. Ultimately this thesis project focused only on growing and characterizing the ELO layers on (111)B oriented GaAs substrates with MOCVD, as this process step is not thoroughly understood in literature.

In this thesis, temperature and V/III ratio dependence for planar GaAs and AlGaAs MOCVD growth on (111)B oriented substrates is shown. Specular GaAs growth is shown for V/III <20 and a temperature >800°C on exactly (111)B oriented GaAs substrates. To lower the GaAs growth temperature, 2° miscut substrates were necessary. Specular Al0.51Ga0.49As on exactly (111)B oriented wafers is... (More)
Epitaxial lift-off-layers (ELO) were developed in order to create nanowire array membranes, with the intent to pave the way for solar cells in tandem. Ultimately this thesis project focused only on growing and characterizing the ELO layers on (111)B oriented GaAs substrates with MOCVD, as this process step is not thoroughly understood in literature.

In this thesis, temperature and V/III ratio dependence for planar GaAs and AlGaAs MOCVD growth on (111)B oriented substrates is shown. Specular GaAs growth is shown for V/III <20 and a temperature >800°C on exactly (111)B oriented GaAs substrates. To lower the GaAs growth temperature, 2° miscut substrates were necessary. Specular Al0.51Ga0.49As on exactly (111)B oriented wafers is demonstrated at 13.2 V/III and 800°C.

Although it is not demonstrated in this thesis, the author believes that epitaxial lift-off of nanowire membrane is achievable. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Ny metod för att skapa billiga, effektiva och transparenta solceller

Den teoretiska gränsen för effektivitet i konventionella solceller av kisel är nästan nådd och solceller i material med högre teoretisk effektivitet än kisel blir i praktiken alldeles för dyra för att stå till buds för allmänheten. Här visas en metod för fortsätta utvecklingen av effektivare solceller utan att de blir alldeles för dyra.

I en tid av global uppvärmning finns det ett stort behov av att utveckla effektivare och billigare solceller. Ett hett forskningsområde just nu är att tillverka solceller med så kallade nanotrådar, detta är nanometerstora kristaller som har visats vara lovande för att tillverka solceller. En av anledningarna till att nanotrådar är... (More)
Ny metod för att skapa billiga, effektiva och transparenta solceller

Den teoretiska gränsen för effektivitet i konventionella solceller av kisel är nästan nådd och solceller i material med högre teoretisk effektivitet än kisel blir i praktiken alldeles för dyra för att stå till buds för allmänheten. Här visas en metod för fortsätta utvecklingen av effektivare solceller utan att de blir alldeles för dyra.

I en tid av global uppvärmning finns det ett stort behov av att utveckla effektivare och billigare solceller. Ett hett forskningsområde just nu är att tillverka solceller med så kallade nanotrådar, detta är nanometerstora kristaller som har visats vara lovande för att tillverka solceller. En av anledningarna till att nanotrådar är intressanta, är att det krävs väldigt lite material för att tillverka dem. Detta innebär att solcellerna med nanotrådar kan bli betydligt billigare.

Det är svårt att producera en solcell som ensam tar hand om hela solljusspektrat. En ensam solcell är egentligen bara som mest effektiv i en begränsad del av solljusspektrat. En möjlig strategi för att komma runt detta, är att helt enkelt placera två solceller ovanpå varandra. Sedan får dessa två solceller ta hand om var sin del av solljusspektrat. För att detta ska fungera i praktiken krävs det att den övre solcellen är transparent för det ljus som ska generera elektricitet i den undre cellen. Skulle allt ljus fastna i den övre cellen, finns det ju ingen anledning att ha den undre cellen.

Detta ställer stora krav på den övre solcellen, eftersom solceller normalt sett måste produceras på ett substrat som blockerar en stor del av ljuset. För att åtgärda detta behöver solcellen avlägsnas från detta substrat. Detta är inte trivialt då solcellen i sig själv är väldigt tunn och ömtålig. En annan fördel med att substratet inte inkluderas i den slutgiltiga solcellen är att substratet då kan återanvändas för mer solcellsproduktion.

Metoden som avlägsnar solcellen från substratet måste vara väldigt skonsam mot solcellen eftersom solceller är mycket känsliga. En metod som uppfyller detta, är så kallad epitaxiell lift-off. Tanken med denna metod är tillverka ett lager på substratet innan själva solcellen tillverkas. Detta lager används sedan för att försiktigt lyfta bort solcellen. Detta lager måste självklart vara kompatibelt med den kommande solcellstillverkningen, då även tillverkningsprocessen av solceller är väldigt känslig.

Epitaxiell lift-off har visats vara en framgångsrik medtod för tillverkning av mer konventionella solceller, men har aldrig tidigare används för att tillverka transparenta nanotrådssolceller. Fördelarna med både nanotrådar och epitaxiell lift-off är att båda metoderna kräver väldigt lite material. Om epitaxiell lift-off kan kombineras med nanotrådssolceller, skulle slutresultatet kunna bli en väldigt billig och dessutom transparent solcell.

De första stegen mot denna transparenta nanotrådssolcell har nu tagits genom att utveckla de lager som krävs för att epitaxiell lift-off ska kunna ske för en nanotrådssolcell. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Svensson, Erik LU
supervisor
organization
course
PHYM01 20152
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
MOVPE, MOCVD, AlGaAs, (111)B, Epitaxy, ELO, Epitaxial Lift-Off
language
English
id
8894193
date added to LUP
2016-11-15 09:41:57
date last changed
2016-11-15 13:32:27
@misc{8894193,
  abstract     = {Epitaxial lift-off-layers (ELO) were developed in order to create nanowire array membranes, with the intent to pave the way for solar cells in tandem. Ultimately this thesis project focused only on growing and characterizing the ELO layers on (111)B oriented GaAs substrates with MOCVD, as this process step is not thoroughly understood in literature. 

In this thesis, temperature and V/III ratio dependence for planar GaAs and AlGaAs MOCVD growth on (111)B oriented substrates is shown. Specular GaAs growth is shown for V/III <20 and a temperature >800°C on exactly (111)B oriented GaAs substrates. To lower the GaAs growth temperature, 2° miscut substrates were necessary. Specular Al0.51Ga0.49As on exactly (111)B oriented wafers is demonstrated at 13.2 V/III and 800°C. 

Although it is not demonstrated in this thesis, the author believes that epitaxial lift-off of nanowire membrane is achievable.},
  author       = {Svensson, Erik},
  keyword      = {MOVPE,MOCVD,AlGaAs,(111)B,Epitaxy,ELO,Epitaxial Lift-Off},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Development of Epitaxial Lift-Off to form GaAs nanowire array membranes},
  year         = {2016},
}