The goal of this dissertation work was to develop pulsed terahertz radiation techniques and use them to study different properties of the semiconductor materials and semiconductor devices. Three groups of materials were investigated: GaAsBi, GaAs nanowires, copper-indium chalcogenide. The used techniques are THz-TDS, optical pump – THZ probe, optical pump – optical probe and THz excitation spectral measurements. The main results that were presented in this dissertation are the following: thermal annealing has resulted in the shortening of electron lifetime in GaAsBi to picosecond values, which is important achievement for the application of this material in THz range components. In GaAsBi layers with larger than 10% Bi content absorption bleaching recovering on the picosecond time scale and its saturation can be realized when the wavelengths of the optical signals are as long as 1600 nm. The results of these studies can be applied in the production of SESAM with bismide absorption layer. The samples with GaAs nanowires emit THz radiation several times better than the bulk GaAs substrates due to enhanced light absorption because of localized surface plasmon resonances in GaAs nanowires. THz emission efficiency from thin copper-indium chalcogenide layers strongly depends on their stoichiometry and on the parameters of the top transparent contact layers, thus it can be used for the mapping of built-in electric fields in solar cells made from these layers. / Šio darbo tikslas buvo susipažinti su terahercinių impulsų generavimo ir detektavimo būdais, įsisavinti įvairias terahercinių impulsų panaudojimo metodikas bei pritaikyti jas puslaidininkių medžiagų ir puslaidininkinių prietaisų tyrimui. Buvo tirtos trys medžiagų grupės: GaAsBi, GaAs nanovielutės ir Cu – In chalkogenidai. Tyrimui buvo naudojamos: THz – TDS, optinio žadinimo – THz zondavimo, optinio žadinimo – optinio zondavimo bei THz sužadinimo spektroskopijos metodikos. Pagrindiniai rezultatai aprašyti disertacijoje yra šie: GaAsBi bandinių atkaitinimas stipriai sumažino krūvininkų gyvavimo trukmes, kas yra naudinga THz komponentų gamyboj. Optinio praskaidrėjimo efektas ir pikosekundžių eilės krūvininkų gyvavimo trukmės GaAsBi epitaksiniuose sluoksniuose su 10% ir daugiau Bi atomų stebimas žadinant juos optine spinduliuote, kurios bangos ilgiai siekia iki 1600 nm. Šios GaAsBi bandinių savybės leidžia juos priakyti įsisotinančių sugėriklių veidrodžių gamyboje. Bandiniai su GaAs nanovielutėmis emituoja THz spinduliuotę kelis kartus geriau nei GaAs padėklas, dėl padidėjusios sugerties, kurią skatina paviršinių optinių plazmonų rezonansai GaAs nanovielutėse. THz emisijos efektyvumas iš Cu-In chalkogenidų sluoksnių stipriai priklauso nuo jų stechiometrijos ir viršutinio skaidraus kontakto parametrų, ir gali būti naudojamas saulės elementų, pagamintų šių sluoksnių pagrindu, vidinių elektrinių laukų tyrimui.

Šio darbo tikslas buvo susipažinti su terahercinių impulsų generavimo ir detektavimo būdais, įsisavinti įvairias terahercinių impulsų panaudojimo metodikas bei pritaikyti jas puslaidininkių medžiagų ir puslaidininkinių prietaisų tyrimui. Buvo tirtos trys medžiagų grupės: GaAsBi, GaAs nanovielutės ir Cu – In chalkogenidai. Tyrimui buvo naudojamos: THz – TDS, optinio žadinimo – THz zondavimo, optinio žadinimo – optinio zondavimo bei THz sužadinimo spektroskopijos metodikos. Pagrindiniai rezultatai aprašyti disertacijoje yra šie: GaAsBi bandinių atkaitinimas stipriai sumažino krūvininkų gyvavimo trukmes, kas yra naudinga THz komponentų gamyboj. Optinio praskaidrėjimo efektas ir pikosekundžių eilės krūvininkų gyvavimo trukmės GaAsBi epitaksiniuose sluoksniuose su 10% ir daugiau Bi atomų stebimas žadinant juos optine spinduliuote, kurios bangos ilgiai siekia iki 1600 nm. Šios GaAsBi bandinių savybės leidžia juos priakyti įsisotinančių sugėriklių veidrodžių gamyboje. Bandiniai su GaAs nanovielutėmis emituoja THz spinduliuotę kelis kartus geriau nei GaAs padėklas, dėl padidėjusios sugerties, kurią skatina paviršinių optinių plazmonų rezonansai GaAs nanovielutėse. THz emisijos efektyvumas iš Cu-In chalkogenidų sluoksnių stipriai priklauso nuo jų stechiometrijos ir viršutinio skaidraus kontakto parametrų, ir gali būti naudojamas saulės elementų, pagamintų šių sluoksnių pagrindu, vidinių elektrinių laukų tyrimui. / The goal of this dissertation work was to develop pulsed terahertz radiation techniques and use them to study different properties of the semiconductor materials and semiconductor devices. Three groups of materials were investigated: GaAsBi, GaAs nanowires, copper-indium chalcogenide. The used techniques are THz-TDS, optical pump – THZ probe, optical pump – optical probe and THz excitation spectral measurements. The main results that were presented in this dissertation are the following: thermal annealing has resulted in the shortening of electron lifetime in GaAsBi to picosecond values, which is important achievement for the application of this material in THz range components. In GaAsBi layers with larger than 10% Bi content absorption bleaching recovering on the picosecond time scale and its saturation can be realized when the wavelengths of the optical signals are as long as 1600 nm. The results of these studies can be applied in the production of SESAM with bismide absorption layer. The samples with GaAs nanowires emit THz radiation several times better than the bulk GaAs substrates due to enhanced light absorption because of localized surface plasmon resonances in GaAs nanowires. THz emission efficiency from thin copper-indium chalcogenide layers strongly depends on their stoichiometry and on the parameters of the top transparent contact layers, thus it can be used for the mapping of built-in electric fields in solar cells made from these layers.

Efektyvų saulės jėgainių veikimą labai lemia geografinė padėtis, nes Saulės spindulių srautas žemės paviršiuje pasiskirsto netolygiai. Lietuva yra vidutinio klimato juostos šiaurinėje dalyje, kur dažnas debesuotumas, rūkas, lietus, sniegas, įvairios kilmės dulkės, tai veiksniai lemiantys fotovoltinių sistemų efektyvumo sumažėjimą. Baigiamajame magistro darbe nagrinėjami saulės fotovoltiniai įrenginiai, gamybos technologijos, rūšys, pagrindinės charakteristikos, konstrukcijų montavimo ypatybės vidutinių platumų regionuose. Aptarta įvairių šalių patirtis eksploatuojant saulės jėgaines skirtingomis klimato sąlygomis. Išnagrinėti pagrindiniai veiksniai, lemiantys jėgainės našumą. Darbe analizuojamas sniego, dulkių, lietaus lašų poveikis fotovoltinių įrenginių charakteristikoms. Atlikus eksperimentinius tyrimus, vertinami patirti nuostoliai dėl atmosferinių veiksnių įtakos. Aprašyti tyrimų ir analizės metodai. Išnagrinėjus eksperimentinių tyrimų rezultatus, pateikiamos baigiamojo darbo išvados ir pasiūlymai. Darbą sudaro šešios dalys: įvadas, saulės energetikos srities literatūros apžvalga, tyrimams naudotos medžiagos, metodai ir aparatūra, tyrimų rezultatai ir jų aptarimas, išvados ir pasiūlymai, literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 73 p. teksto be priedų, 63 pav., 4 lent., 41 bibliografinis šaltinis. / The efficiency of solar power plants is strongly influenced by geographic location, because the solar radiation flux on the surface is distributed very irregular. Lithuania is situated in a humid continental zone in the northern part, where is frequent cloud cover, fog, rain, snow, dust of various origins, these are the factors determining the efficiency of photovoltaic systems. The thesis deals with solar photovoltaic devices, manufacturing technology, types, main characteristics, structural features of mounting at medium latitude regions. Discussed the experience of different countries operating solar power plants in different climatic conditions. Analyzed the major factors affecting plant performance. This paper analyzes the impact of snow, dust, rain drops on the characteristics of solar photovoltaic equipment. After experimental study measured the efficiency and losses due to atmospheric factors. Described the research and analysis methods. After considering the experimental results, conclusions are presented. Structure: introduction, solar energy literature review, materials and methods used in research, results and discussion, conclusions, references. Thesis consist of: 73 p. text without appendixes, 63 pictures, 4 tables, 41 bibliographical entries.

Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose. / Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications.

Present PhD thesis is the experimental and theoretical analysis of thin layer ultrashort pulsed laser ablation processes for photovoltaic devices. Experimental work was supported by modeling and simulation of energy coupling and dissipation inside the layers. The absorbed laser energy was transformed to localized transient heating inside the structure. Selectiveness of the ablation process was defined by optical and mechanical properties of the materials, and selection of the laser wavelength facilitated control of the structuring process. The 1064 nm wavelength was found optimal for the CIGS solar cell scribing in terms of quality and process speed. It is very positive result for industrial applications as the cost and the system complexity are decreased. The solar cell efficiency test revealed minor degradation in photo-electrical efficiency after the laser scribing was applied to the solar cell samples. Lock-in thermography measurements did not revealed any internal shunt formation during laser scribing with picosecond pulse duration. Picosecond lasers with fundamental harmonics and high repetition rates can be used to accomplish efficient and fast scribing process which is able to fit the demands for industrial solar cell scribing applications. / Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, suprasti plonų sluoksnių, naudojamų Saulės elementuose, abliacijos procesus ultratrumpais impulsais, siekiant juos pritaikyti integruotų jungčių fotovoltiniuose moduliuose formavimui. Eksperimento rezultatams pagrysti buvo vykdomas lazerio spinduliuotės sklidimo bei pasiskirstymo plonasluoksnėje Saulės elemento struktūroje modeliavimas. Sugerta lazerio energija lokaliai užkaitiną medžiagą. Kadangi lazerinio proceso selektyvumas priklauso nuo medžiagos optinių savybių, todėl yra itin svarbu parinkti tinkamą lazerio spinduliuotės bangos ilgį, norint sukaupti spinduliuotę reikiamame plonasluoksnės struktūros sluoksnyje. Nustatyta, kad fundamentinė pikosekundinio lazerio spinduliuotė (1064 nm) yra optimaliausia P3 tipo rėžio formavimui CIGS Saulės elemente. Pramonės taikymams tai yra itin svarbu, nes tokiu atveju mažėja industrinės lazerinės sistemos sudėtingumas bei kaina. Saulės elementų efektyvumo tyrimai parodė nežymų fotoelektrinio efektyvumo sumažėjimą po lazerinio apdirbimo ultra trumpais impulsais, tačiau nebuvo užfiksuota defektų generacijos lazeriais paveiktose kanalo kraštų zonose. Disertacijoje pasiūlyti ir išbandyti pluošto formavimo ir lygiagretaus sluoksnių raižymo metodai, didinantys proceso našumą ir raižymo kokybę. Pikosekundiniai, didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazeriai gali būti panaudoti didelės spartos bei aukštos kokybės Saulės elementų raižymo procesuose.