Plasma Diagnostics and Preparation of Iron-Based Thin Films in the Presence of Oxygen and Sulfur for Energy Harvesting Applications

Abstract

Title: Plasma Diagnostics and Preparation of Iron-Based Thin Films in the Presence of Oxygen and Sulfur for Energy Harvesting Applications Author: Kostyantyn Tuharin Department: Department of Surface and Plasma Science Supervisor: Doc. Mg. Pavel Kudrna, Dr. Consultant: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc Keywords: hollow cathode plasma jet, iron oxide, iron sulfide, dye-sensitized solar cell, DC discharge plasma, pulsed-DC discharge plasma, oxygen plasma, microwave probe, cutoff probe, hairpin probe. Abstract: The objective of this thesis is to investigate reliable methods for thin-film characterization and plasma diagnostics in the presence of oxygen, as well as cost-effective thin-film fabrication techniques suited for energy harvesting applications. This work focuses on the development and evaluation of film deposition and characterization techniques using iron sulfides (FeS2), with particular emphasis on the pyrite phase (β-FeS2) as a model system. Pyrite has recently attracted significant research interest due to its band gap of approximately 1.0 eV, which is close to the optimal range of 1.1-1.5 eV for single-junction photovoltaic applications. Iron oxide can serve as a convenient precursor for iron disulfide (FeS2), which exists mainly in the pyrite (β-FeS2) and marcasite (α-FeS2) phases. Iron oxide thin...

Název: Diagnostika plazmatu a příprava tenkých vrstev obsahujících železo v přítomnosti kyslíku a síry pro použití při získávání energie Autor: Kostyantyn Tuharin Katedra: Katedra fyziky povrchů a plazmatu Vedoucí práce: Doc. Mg. Pavel Kudrna, Dr. Konzultant: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc Klíčová slova: tryskový výboj s dutou katodou, oxid železa, sulfid železa, barvivem senzitizovaný solární článek (DSSC), stejnosměrný výboj, pulzní stejnosměrný výboj, kyslíkové plazma, mikrovlnná sonda, cutoff sonda, hairpin sonda Abstrakt: Cílem této práce je prozkoumat spolehlivé metody pro charakterizaci tenkých vrstev a diagnostiku plazmatu za přítomnosti kyslíku, stejně jako cenově přijatelné metody techniky výroby tenkých vrstev vhodné pro použití při získávání energie. Práce se zaměřuje na vývoj a hodnocení technik depozice a charakterizace vrstev sulfidů železa (FeS2), se zvláštním důrazem na pyritovou fázi (β- FeS2) jako modelový systém. Pyrit v poslední době přitahuje značný vědecký zájem díky své šíři zakázaného pásma přibližně 1,0 eV, což je blízko optimálnímu rozsahu 1,1-1,5 eV pro fotovoltaické aplikace s jedním přechodem. Oxid železitý může sloužit jako vhodný prekurzor pro disulfid železa (FeS₂), který se vyskytuje převážně v pyritové (β-FeS₂) a markazitové (α-FeS₂) fázi. Tenké vrstvy oxidu železa byly...