Vapour phase deposition of dye sensitizer - Kulju, Sampo (2009)
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.