In order to meet increasing indium demands, (bio)hydrometallurgical winning of low-grade sources will likely be required. The goal of this work in the scope of the Biohydrometallurgical Centre Freiberg, was to use geochemical modelling to improve indium leaching and extraction efficiency. Indium stability constants and chemical conditions of process relevant solutions were required. Electrochemical methods were used to determine the stability constants of indium complexes with nitrate, chloride, sulfate, and hydroxide ions, as well as with electrowinning additives. High pressure liquid chromatography techniques were adapted to quantify polysulfides (Sx2–) and metal ions in leaching and extraction solutions. This cumulative information was used in geochemical modelling. Predominance, Pourbaix, and speciation diagrams were produced to describe and explain the behaviour of multiple components in various process relevant solutions. / Um den steigenden Bedarf an Indium zu decken, ist eine (bio-)hydrometallurgische Gewinnung von ‚low-grade sources‘ erforderlich. Ziel dieser Arbeit im Rahmen des Biohydrometallurgischen Zentrums Freiberg war es, durch geochemische Modellierung die Indium-Laugungs- und Extraktionseffizienz zu verbessern. Dazu wurden Indium-Stabilitätskonstanten und chemische Bedingungen prozessrelevanter Lösungen benötigt. Mit elektrochemischen Methoden wurden die Stabilitätskonstanten von Indiumkomplexen mit Nitrat-, Chlorid-, Sulfat- und Hydroxidionen sowie mit Elektrogewinnungsadditiven bestimmt. Hochdruck-Flüssigkeitschromatographieverfahren wurden zur Quantifizierung von Polysulfiden (Sx2–) und Metallionen in Laugungs- und Extraktionslösungen angepasst. Alle experimentell bestimmten Parameter wurden in der geochemischen Modellierung verwendet. Prädominanz-, Pourbaix- und Speziationsdiagramme wurden erstellt, um das Verhalten mehrerer Komponenten in verschiedenen prozessrelevanten Lösungen zu beschreiben und zu erklären.

Indium gilt als eines der strategischen Metalle für die Technologiebranche. Durch das schnelle Wachstum bei Flachbildschirmen aller Art besteht seit Jahren eine stark wachsende Nachfrage nach Indium. Es wurde ein neuartiger Ansatz der Biolaugung gewählt und innerhalb des BHMZ getestet, Die aus der Biolaugung resultierende Lösung enthielt vereinfacht 1 mg·L-1 Indium sowie jeweils 1 g·L-1 Zink und Eisen. Durch systematische Untersuchung von zahlreichen hydrometallurgischen Methoden zur Metallabtrennung wurde eine auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierte Methode entworfen und erprobt. Der Prozess ermöglicht eine Indiumanreicherung bis zum Indiumhydroxid in einer Reinheit von 99,99 %. Die Chemikalienkosten für diesen Prozess belaufen sich gegenwärtig, bezogen auf den Labormaßstab, auf 189,40 €·kg-1 Indium. Diese liegen unter dem aktuellen Marktpreis von Indium. Die bisherigen Ergebnisse belegen, dass in der Realisierung dieses Verfahrens im technischen Maßstab erhebliches wirtschaftliches Potential steckt.

Call number: LD2668 .T4 1963 W87 / Master of Science

Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’effet des boîtes quantiques d’InAs sur l’efficacité de conversion des cellules solaires à simple jonction de GaAs crues par épitaxie par jets chimiques. Cette technique de croissance est particulièrement bien adaptée à la croissance de structures multicouches pour des applications photovoltaïques. Une partie importante de ce travail a été consacré à l’optimisation des conditions de croissance pour la réalisation des boîtes quantiques d’InAs et de structures à multicouches de boîtes quantiques d’InAs insérées dans une matrice de GaAs. L’optimisation des conditions de croissance des boîtes quantiques a été basée sur une étude morphologique réalisée à l’aide de mesures de microscopie à force atomique et sur une étude des propriétés optiques et électroniques effectuée à l’aide de mesures de photoluminescence en continu. Une optimisation de la quantité d’InAs déposée lors de la croissance des BQs d’InAs/GaAs a permis de montrer que les meilleures structures de BQs ont été obtenues pour une épaisseur nominale d’InAs comprise entre 2.07 et 2.47 monocouches atomiques avec une haute densité (8 × 10[indice supérieur 10] cm[indice supérieur −2]) et une énergie d’émission de 1.22 eV (λ= 1016 nm). La croissance des multicouches de boîtes quantiques, dans des conditions usuelles de maintien de la température lors de l’épitaxie des couches de barrière de GaAs, a montré des difficultés dues à l’accumulation de la contrainte dans la structure. Deux types d’amas d’InAs ont été observés : soit des boîtes quantiques cohérentes de petite taille (diamètre et hauteur typiques de 5 nm et 16 nm, respectivement) et des amas relaxés de grande taille (diamètre et hauteur de plus de 50 nm et 150 nm, respectivement). Dans ces conditions de croissance nos résultats ont montré que la formation des amas de grande taille est accompagnée par une diminution de la densité des boîtes quantiques au fur et à mesure que le nombre de couches de boîtes quantiques augmente. L’application d’une étape appelée "indium-flush" (procédéd’évaporation d’indium sous atmosphère d’arsenic) pendant la croissance des couches de barrière de GaAs, qui encapsulent les boîtes quantiques, a montré une amélioration de la qualité cristalline de la structure globale. Les caractérisations morphologique et optique d’une série d’échantillons contenant 1, 5 et 10 plans de boîtes quantiques ont montré une préservation de la densité de boîtes quantiques et de leur distribution en taille. Les résultats montrent également que l’intensité intégrée de la photoluminescence des boîtes quantiques augmente linéairement en fonction du nombre de plans de boîtes quantiques. La structure finale optimisée est donc très prometteuse pour la réalisation de cellules solaires à boîtes quantiques à haute performance. L’étude de l’effet des boîtes quantiques et l’influence de leur hauteur sur l’efficacité des cellules solaires simple jonction de GaAs ont été analysés. Des mesures de l’efficacité quantique externe et des mesures I-V ont été effectuées pour caractériser ces cellules solaires. La technique de l’indium-flush a été utilisée pour contrôler la hauteur des boîtes quantiques. Une meilleure performance a été obtenue par la cellule solaire à boîtes quantiques tronquées à 2.5 nm de hauteur avec 5% d’amélioration de l’efficacité de conversion.

published_or_final_version / Electrical and Electronic Engineering / Master / Master of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Physics / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Physics / Doctoral / Doctor of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Physics / Master / Master of Philosophy

A one-dimensional analytical model of dark current has been developed to facilitate the investigation and analysis of dark current from gate-controlled photovoltaic InSb arrays. The applied gate voltage is an essential parameter in the model. The expressions relating this parameter to surface potential are derived separately for the cases of accumulation and depletion at the surface of n-type InSb material under the gate. In addition, the measured dark current is compared with that from the analytical model, and the discrepancy is discussed in terms of the intrinsic carrier concentration, surface recombination velocity, and geometry of the array. The components of dark current are mainly associated with surface state generation-recombination, field induced tunneling, and the depletion region from the bulk and surface. The experimental results are obtained at temperatures between 30K and 40K.

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