This thesis discusses modern methods for fast defect detection of solar cells. For the means of the defect classification, the technological production process of crystalline silicon solar cells is described. The defects are researched by the electroluminescence and prohtoluminescence methods. The Photoluminiscence method is improved by the posibility of using different wavelenght of excitacion sources. The range of using in industrial production is determined for the discussed methods.

Parmi les nouveaux matériaux massifs pour le silicium photovoltaïque (PV), le silicium multicristallin haute performance (HPmc-Si) a émergé en raison de son rendement de conversion supérieur à celui du silicium multi-cristallin (mc-Si) utilisé largement pour le solaire PV. Ce travail de recherche vise à comprendre l'influence des germes et des conditions de croissance sur les lingots HPmc-Si (structure de grains, dislocations, impuretés et propriétés PV). Cinq lingots ont été élaborés par solidification dirigée. Pour l’un d’entre eux, deux types de germes ont été utilisés. Les caractéristiques de la région de croissance initiale (jusqu’à 50 mm) sont directement liées aux propriétés de la couche de germes. Or, celle-ci dépend à la fois des types de germes utilisés et des paramètres de l’étape de fusion. Les paramètres de croissance prennent le contrôle de la structure de grains après la région affectée par la couche initiale de germes. Cependant, les paramètres de croissance étudiés modifient peu les caractéristiques entre lingots HPmc-Si et le rendement de conversion des cellules solaires. Les zones de faible durée de vie des porteurs minoritaires déterminent le rendement de conversion et peuvent être principalement associées aux défauts structuraux et à la taille du grain, en plus des impuretés métalliques. La compétition des grains est un phénomène dynamique qui permet la disparition de certains grains défectueux pendant la croissance et surtout le maintien d’une taille de grains et homogène. Cette homogénéité obtenue pour la gamme de paramètres étudiée est une des caractéristiques principales des lingots HPmc-Si / Among new bulk silicon PV materials, HPmc-Si is one to be considered due its higher conversion efficiency compared to mc-Si solar PV. This research work aims at understanding the influence of the seeding materials and growth conditions on HPmc-Si ingots (dislocations and impurities). Five ingots were grown, and two types of seeding materials are compared to study the grain structure, the electrical properties and the conversion efficiency of solar cells. The initial growth region up to 50 mm is directly linked to the seed layer properties which are dependent on the melting segment parameters. The growth parameters take control on the grain structure after the seed affected region. The growth parameters studied modify little the characteristics of HPmc-Si ingots and the solar cell conversion efficiency. Low carrier lifetimeareas determine the conversion efficiency and they can mainly be associated to the grain size, besides metallic impurities. The grain competition is very dynamic to suppress defective grains and to maintain smaller grain size variation, homogeneous grain size and properties being the most important characteristic of HPmc-Si ingots

Coronitic metagabbros occur as small isolated bodies along the contact between the Mariánské Lázně and the Teplá crystalline complexesin the NW of the Bohemian Massif. Metagabbros show variable metamorphic and textural characteristics with respect to their magmatic mineral assemblage and degree of metamorphism. The aim of this study is to characterize mineralogical, chemical, and microstructural changes related to metamorphic changes in selected representative samples. In addition, the associated calculation of P-T conditions can help to clarify the evolution of the boundary of both units as well as to provide constraints on formation of corona microstructures. Magmatic mineral assemblages in the metagabbros formed by plagiocase, orthopyroxene, clinopyroxene, amphibole, biotite and ilmenite occasionally olivine,spinel or quartz are generally well preserved. Metamorphism is mainly reflected by formation of single or multiple coronas at the contact of plagioclase with other primary minerals, the most common constuents are amphibole, garnet and orthopyroxene. Progressive breakdown of the magmatic plagioklase is reflected by formation of mixture An40 and An90 plagioclase associated with spinel,corundum and occasionally kyanite. According to chemical composition metagabbros follow tholeiitic trend and...

Radioactivity is an important part of the environment. In the years 2014 - 2015 a survey on medicinal radioactive springs was carried out in the Tanvald granite body. During extensive radiohydrogeochemical exploration in the surrounding area of Schindler spring, the outcrop of U - mineralization has been found at a new construction site in the Kokonín fault. It is possible to find "hot" pieces of uranium ore fragments in the quaternary cover in this place. The occurrence of the hydrothermal (vein) type of uranium in the Krkonoše - Jizera is new as it hasn't been mentioned in literatures before. After an agreement with the owners, detailed radiometric survey proceeded in the surrounding area of two affected houses by using gamma spectrometry and emanometry at the dense net. There is a wider area between two houses with activities of 222 Rn over 1 MBq/m3 and on the ore outcrop was measured 3.3 MBq/m3 . A quaternary solifluction flow with an increased radioactivity creeps down under the House 1. The highest uranium contents reached up to 291 ppm eU (= 3 595 Bq/kg 226 Ra) on the uranium ore lens outcrop. The average of gamma dose rate is 85,6 nGy/h with maximem 261 nGy/h on the outcrop. A further radiometric survey through the entire Kokonín fault line was carried out in an area of roughly 0.25 x 1 km2...

Mit wellenlängenabhängigen Messungen der Oberflächenphotospannung (Surface Photovoltage, SPV) lässt sich die Diffusionslänge von Ladungsträgern im Volumen von Siliziumproben messen. Das Ziel der Arbeit war es, mit Hilfe temperatur- und injektionsabhängiger Messungen der Diffusionslänge die Natur rekombinationsaktiver Defekte in kristallinem Silizium zu untersuchen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine zu diesem Zwecke geeignete Messanlage sowie die nötigen Mess- und Auswerteprozeduren entwickelt. Die Möglichkeiten und Grenzen der aufgebauten Anlage wurden durch Messungen an gezielt mit Eisen, Kupfer oder Chrom verunreinigten mono- und multikristallinen Siliziumproben bewertet. Es zeigt sich, dass die SPV-Methode in einem jeweils begrenzten Temperatur- und Injektionsbereich bei Vorhandensein dominanter Defekte zur Defekt-Spektroskopie einsetzbar ist. Eine Anwendung fand das Verfahren an industriell relevantem, aufbereitetem metallurgischen Silizium (umg-Si).

Les aubes des turbines à haute pression des réacteurs d'avion subissent des chargements complexes dans un environnement réactif. Prédire leur durée de vie peut nécessiter une approche en tolérance aux dommages, basée sur la prédiction de la propagation d'une fissure supposée. Mais cette approche est confrontée au comportement non linéaire sous des chargements à amplitudes variables et au coût énorme des calculs elasto-plastiques des structures 3D complexes sur des millions des cycles. Dans ce cadre, un modèle incrémental de fissuration a été proposé. Ce modèle est basé sur la plasticité comme mécanisme principal de propagation de fissure par fatigue pure. Cette modélisation passe par une réduction de modèle de type POD. La plasticité en pointe de la fissure est alors modélisée par un nombre réduit de variables non locales et des variables internes. Un ensemble d'hypothèses doit être respecté pour garantir la validité de cette modélisation. Pour décliner ce modèle dans le cas d'un matériau anisotrope représentatif du comportement des monocristaux, une première étude a été faite sur le cas d'une élasticité cubique avec de la plasticité de Von-Mises. Une stratégie a été proposée pour identifier un modèle matériau basé sur les facteurs d'intensité non locaux. Cette stratégie comporte une détermination de la fonction critère basée sur les solutions élastiques en anisotrope. L'étude des directions d'écoulement plastique avec les variables non locales montre une forte dépendance à l'anisotropie élastique du modèle même avec une plasticité associée de Von-Mises. La stratégie comporte également une identification des variables internes.Dans la deuxième partie, le problème d'une fissure avec un modèle de plasticité cristalline a été traité. L'activation de différents systèmes de glissement a été alors prise en compte dans la modélisation. Finalement, différentes méthodologies ont été explorées en vue de transposer le modèle local de plasticité cristalline à l'échelle non locale de la région en pointe de la fissure. / The fatigue life prediction of high pressure turbine blades may require a damage tolerance approach based on the study of possible crack propagation. The nonlinear behavior of the material under complex nonproportional loadings and the high cost of running long and expensive elastic-plastic FE computations on complex 3D structures over millions of cycles are some major issues that may encounter this type of approach.Within this context, an incremental model was proposed based on plasticity as a main mechanism for fatigue crack growth.A model reduction strategy using the Proper Orthogonal Decomposition (POD) was used to reduce the cost of FEA. Based on a set of hypotheses, the number of the degrees of freedom of the problem is reduced drastically. The plasticity at the crack tip is finally described by a set of empirical equations of few nonlocal variables and some internal variables.In order to apply this modeling strategy to the case of anisotropic materials that represent the behavior of single crystals, a first study was done with cubic elasticity and a Von-Mises plasticity. Elastic and plastic reference fields, required to reduce the model, were determined. Then, a material model of the near crack tip region was proposed based on nonlocal intensity factors. A yield criterion function was proposed based on Hoenig's asymptotic solutions for anisotropic materials. The study of plastic flow directions with the nonlocal variables of the model shows a strong dependency on the cubic elasticity. A strategy to identify internal variables is proposed as well. In the second part, a crystal plasticity model was implemented. The activation of different slip systems was taken into account in the model reduction strategy. A kinematic basis was constructed for each slip system. Finally, a strategy was proposed to transpose the local crystal plasticity model to the nonlocal scale of the crack.

La chimie douce est attrayante par sa simplicité de mise en œuvre. Cet attrait s’accompagne d’une mauvaise connaissance des phénomènes mis en jeu. Traditionnellement, les théories classiques de nucléation sont invoquées pour décrire la taille des cristaux et leur vitesse d’apparition à partir des ions en solution. Elles négligent cependant par construction (i) tout état réactionnel intermédiaire (ii) toute considération de microstructure. Les vitesses mesurées ont au moins 1010 d’écart avec les prédictions actuelles. Prendre en compte les états intermédiaires et étudier l’impact de ceux-ci sur la structure (pas seulement la taille) devrait permettre de faire progresser la connaissance des phénomènes de cristallisation.Caractériser ces intermédiaires réactionnels reste un défi : ils sont labiles, de taille nanométrique, et se forment en moins d’une seconde. Pour aborder cette problématique, le vanadate d’yttrium dopé europium (YVO4:Eu) est un excellent candidat : il est microstructuré, et sa cristallisation - polycristalline ou monocristalline selon le pH – passe par un état intermédiaire amorphe.Nos travaux précisent les différentes microstructures observées. Ensuite, nous mesurons trois vitesses de germination par diffusion X in situ, avec différents degrés de polycristallinité associés. Nous proposons un modèle simple permettant de prédire la poly/monocristallinité à partir des compétitions germination/croissance cristalline et de l’idée, nouvelle, suivante : le précipité amorphe confine la réaction. En plus de ce rôle, il sert à la fois de réacteur (contient 80% des réactifs) et de moule (fixe la taille finale des particules). Tous les amorphes sont similaires, sa présence seule n’explique donc pas les différences de cinétiques structurales observées. Nous étudions donc ensuite les cinétiques chimiques mises en jeu. Nos mesures montrent que la cinétique de réaction chimique dépend principalement de la quantité d’ions hydroxyles engagés dans l’amorphe.Les méthodes et concepts que nous avons développés sont indépendants du système d’étude, et il est fortement probable que ceux-ci seront valides pour d’autres systèmes : nanoparticules d’oxydes ou cristaux en général. / Soft chemistry is attractive thanks to its easy implementation. However, the related phenomena are poorly understood to this day. Usually, crystal size and their nucleation rate are described using classical nucleation theories. By construction, they neglect (i) any potential intermediate state (ii) any consideration of microstructure. In addition, the nucleation rates measured are in disagreement with the prediction, by a factor of at least 1010. Taking into account the intermediate states and investigate their impact on the structure (not only the size) should be a good way to improve crystallisation theories.The characterisation of those intermediate states remains challenging : they are labile, nanometer-sized, and are formed in less than a second. To address our problem, europium-doped yttrium vanadate (YVO4:Eu) is an excellent candidate : it is microstructured and its crystallisation - polycrystalline or monocrystalline depending on the pH – occurs via an amorphous intermediate state.Our work precises the different microstructures observed. We then measure three different nucleation rates in situ X-ray scattering, with different degrees of polycristallinity associated. We propose a simple model predicting the poly/monocrystallinity from the competition between nucleation and crystal growth and the following new idea : the amorphous precipitate confines the reaction. In addition to this role, it also serves as reactor (contains 80% of the reactants) and as template (as it sets the particles’ final size). All three amorphous are structurally similar, its structure alone cannot explain the differences in structural kinetics we observe. We thus focus on chemical processes in play. In particular, we demonstrate that the reaction kinetics depends mainly on the number of hydroxyl ions engaged in the amorphous network.The methods and concepts developed here are independant on the chemical system used, and it is highly probable that they will prove valid for other compounds : other oxide nanoparticles, or crystals in general.

Das Hauptziel dieser Arbeit war ursprünglich die Umsetzung des Konzeptes des Bipolartransistors mit organischen Halbleitern. Obwohl dieses elektronische Bauteil eine Grundfeste klassischer Elektronik darstellt, war es bislang nicht möglich Stromverstärkung mit organischen Halbleitern nachzuweisen. Das Prinzip des Bipolartransistors ist eng verknüpft mit der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger. Aufgrund der amorphen Struktur typischer organischer Materialien, sind Diffusionsprozesse in der Regel stark unterdrückt. Eine mögliche Lösung sind organische Halbleiterkristalle, welche aufgrund ihrer Ordnung signifikant längere Diffusionslängen gewährleisten sollten. Der erste Teil dieser Arbeit untersucht Wachstumsmethoden unterschiedlicher Kristallkonfiguration des Halbleiters Rubrene in Dünnschichtform. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf dem Einfluss von Dotierung auf den Kristallisationsprozess. Drei der Kristallphasen werden auf optimale Reproduzierbarkeit optimiert und umfangreich mit strukturellen Methoden untersucht. Die Strukturanalyse wird erweitert durch Untersuchungen des vertikalen Leitungsverhaltens der unterschiedlichen Kristallphasen in reiner, lochdotierter und elektronendotierter Form. Dünne Schichten aus Rubrene in der triklinen Kristallform zeigen hierbei Rekordwerte für die vertikale Beweglichkeit. Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht elektronische Bauelemente basierend auf diesen Kristallen. Zunächst werden organische Schottky, pn und pin Dioden analysiert sowie der Einfluss der einzelnen Schichten auf die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente. Als eine mögliche Anwendung dieser Dioden werden Halbwellengleichrichter untersucht, welche im Bereich über 1 GHz operieren können. Diese stellen somit die zur Zeit schnellsten organischen Halbleiterbauelemente dar. Des Weiteren werden organische Feldeffekttransistoren in lateraler und vertikaler Ausführung untersucht, um den Nutzen dieser Kristallschichten für moderne Transistorkonzepte zu verdeutlichen. Schlussendlich werden Konzepte zur Realisierung eines organischen Bipolartransistors untersucht. Darauf basierend wird das erste Bauelement dieser Art vorgestellt, welche funktionierende Stromverstärkung zeigt. Dies stellt den ersten Schritt in der Untersuchung einer neuen Klasse an organischen Bauelementen dar. Des Weiteren bietet es neue Möglichkeiten der Untersuchung fundamentaler Eigenschaften, im Speziellen im Bezug auf Minoritätsladungsträgerdiffusion. / The main motivation of this thesis was originally the realization of the Organic Bipolar Junction Transistor (OBJT), an electronic device that has not been shown in literature yet. Its functionality is intimately tied to minority charge carrier diffusion. However, diffusion lengths are usually low in amorphous organic semiconductors. Thus, methods regarding the growth and doping of thin-flms of crystalline rubrene crystals are investigated. The higher degree of order provided by crystals makes longer diffusion lengths possible. The first part of this thesis studies the growth of different crystal polymorphs of rubrene on various substrates and changing conditions, including the infuence of doping on the growth process. Three crystal phases are optimized for reproducible processing and investigated via structural measurements. The analysis of the crystal properties is followed up by a study of vertical conduction properties of pristine, p-doped, and n-doped crystals. All three types of crystals are successfully doped. The analysis reveals record-high vertical charge carrier mobilities for the triclinic polymorph of the thin-film form of rubrene. The second part of this thesis presents electronic devices based on these layers. At first, organic Schottky, pn, and pin diodes are discussed, including the influence of the individual layers on the electric properties. As an exemplary application, half-wave rectifier operating in the GHz-regime are studied, representing the fastest organic electronic device to date. Furthermore, Organic Field-Effect Transistors (OFETs) and Vertical Organic Field-Effect Transistors (VOFETs) based on these crystalline thin-őlms are made, showing promising properties in the field of vertical transistor designs. The last chapter presents investigations of several designs, stacks, and geometries regarding OBJTs. The worlds first functioning OBJT is developed, showing ampliőcation of the input-current. It is the őrst step towards an entirely new class of organic devices, offering not only new technological opportunities but new aspects of physics in regard to minority carrier diffusion as well. / Hłowny zaměr tutoho doktorskeho dzěła je realizacija prěnjeho bipolarneho transistora na zakładźe organiskich połwodźakow. Byrnjež je tuta komponenta jedna z najwažnišich a najstaršich w polu klasiskeje elektroniki, njeběše hač dotal móžno priběranje sylnosće na zakładźe milinoweho pruda pokazać. Princip bipolarneho transistora je wusko zwjazany z konceptom diffuzije minoritnych nabitkow. Organiske materialije su zwjetša amorfne, štož na difuziju bazowace procesy potłóči. Problem hodźi so rozrisać hdyž so wužija organiske połwodźace kristale kotřiž jich wjetšeho porjada dla, dlěšu difuziju zmóžnja. Prěni dźěl dźěła wopisa wšelakore konőguracije kristalow organiskeho połwodźa-ka rubren w formje ćenkich worštow. Wosebity fokus leži při tym na dotěrowanju kristalow a wliw dotanta na kristalizaciju. Tři wuzwolene polymorfy so op-timěruja a wobšěrnje strukturelnje přepytuja. Dale so elektriske kajkosće wšěch třoch kristalnych fazow přepytuja na zakładźe intrinsiskich, p-dotěrowanych a n-dotěrowanych kristalow. Trikliniske kristale pokazuja rekordne hódnoty za wertikalnu pohibliwosć. Druhi dźěl wobjednawa elektroniske komponenty na bazy tutych kristalow.Schottky, pn a pin diody na zakładźe rubrena so prezentuja, kaž tež wliw jed-notliwych worštow na elektriske kajkosče. Jako prikład so jednore wusměrjaki pokazaja, kotřriž hodźa we wobłuku ultra-wysokich frekwencow nałožować. Potajkim jedna so wo najspěšniše organiske komponenty po nětcišim stawje wedomosće. Dale so organiske transistory na bazy pólneho efekta přepytuja, kotřiž pokazaja hódnosć tutych worštow za elektroniske komponenty kotřiž wužija lateralny a wertikalny transport zromadnje. Posledni dźěl wobjednawa eksperimenty na polu organiskich bipolarnych transistorow. Wopisa so prěni organiski elektroniski element, kiž pokaza posylnjenje signala na zakładźe miliny. Je to prěni krok přepytowanja noweje klasy organiskeje elektroniki, kiž skiči nowe metody přepytowanja fundamentalnych procesow w tutych materialijach.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(エネルギー科学) / 甲第18606号 / エネ博第302号 / 新制||エネ||62(附属図書館) / 31506 / 京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー社会・環境科学専攻 / (主査)教授 坂 志朗, 教授 杉山 淳司, 准教授 河本 晴雄 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Energy Science / Kyoto University / DFAM

The aim of the present project was to investigate the possibilities of using a Zr55Cu30Ni5Al10 Bulk Metallic Glass (BMG) alloy as articulating surface in an artificial hip joint. In order for a material to be used in human body as an implant, the foremost requirement is the acceptability by the human body. The implantations should not cause diseases or other complications for the patients. Moreover, the biomaterials should possess sufficient mechanical strength, high corrosion and wear resistance in harsh body environment with varying loading conditions. There have been extensive research on the properties of stainless steel, Co-Cr-Mo alloys and Ti alloys regarding their bio-compatibility and they are currently being used as orthopedic implants, however less information is available for bulk metallic glasses. So, understanding the corrosion properties of BMGs is one of the key issues to evaluate their potential as biomaterials. In the first phase of the project there was an attempt to develop a Zr-based BMG from pure elements in a vertical resistance furnace and quenching in liquid nitrogen. Afterwards, samples were examined by X-Ray diffraction and microscopically to investigate the presence of crystalline phases.  The second phase was electrochemical measurements to study the passivation behavior and the susceptibility to pitting corrosion for the crystalline Zr55Cu30Ni5Al10, amorphous Zr55Cu30Ni5Al10 BMG (received from Japan) and comparing the result with stainless steel and Co-Cr-Mo (F75). Investigations on corrosion properties were made in phosphate-buffered saline (PBS) with and without the addition of albumin fraction V, at a room temperature of 20 °C and body temperature (37°C) and in different pH values of 7.4 and 5.2. Running the experiment in lower pH shows the behavior of the implant against any probable inflation in the patient body. The last phase was to investigate the interaction between the protein and surface of materials. For this purpose, FTIR spectroscopy and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) were carried out.