«6D072300 - Техникалық физика» мамандығы бойынша философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Калыгулов Дастан Айсултанович диссертациясын қорғауы
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Калыгулов Дастан Айсултанович «6D072300 – Техникалық физика» мамандығы бойынша «Фотоэлектрлік элементтер өндірісінде қолдану үшін қазақстандық металлургиялық кремнийді «күн» сапасына дейін тазарту» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Рецензенттер:
Шункеев Куанышбек Шункеевич - ғылым докторы, профессор, профессор
Бакранова Дина Игоревна - философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, доцент
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Баймуханов Зейн Кайрбекович - ғылым кандидаты, Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті, Доцент (міндетін атқарушы)
Дауренбеков Дулат Хайретенович - философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті, доцент
Тныштыкбаев Курбангали Байназарович
Сериков Тимур Маратович - философия докторы (PhD), қауымдастырылған профессор, доцент
Ғылыми кеңесшілер:
Плотников Сергей Викторович – физика-математика ғылымдарының докторы, Д. Серікбаев атындағы Шығыс Қазақстан техникалық университетінің Халықаралық инженерия мектебінің Физика орталығының профессоры, Өскемен, Қазақстан Республикасы
Лэй Филип (Philippe Lay) –философия докторы (PhD), ECM Greentech бас директоры, Гренобль қ., Франция
Қорғау 2024 жылғы 6 наурыз, сағат 13:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «6D072300 – Техникалық физика» мамандығы бойынша «8D053 – Физикалық және химиялық ғылымдар» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі онлайн форматта өткізіледі деп жоспарлануда.
Сілтемесі: https://clck.ru/38Hng4
Мекен-жайы: Астана
Аңдатпа (қаз.): Жұмыстың өзектілігі. Соңғы жылдары экономикалық дамудың жылдам қарқынына, халық санының өсуіне және қазба отынының қолда бар қорларының сарқылуына байланысты бүкіл әлемде энергия тұтынудың өсу үрдісі байқалды. Осыған байланысты жаңартылатын энергия көздерін пайдалану әлемнің көптеген елдерінде танымал болуда. Әлемнің көптеген елдерінде жаңартылатын энергия көздерінің ішінде күн энергиясы ерекше маңызға ие, өйткені оның экологиялық тазалығы мен қолжетімді ресурстық базасы бойынша теңдесі жоқ. Энергетиканы дамытудың әлемдік тәжірибесі дәлелдегендей, болашақ ең жаңа технологияларға негізделген күн энергиясы. Күн энергиясын пайдаланудың негізгі және ең перспективалы түрі күн радиациясын электр энергиясына тікелей түрлендіруге арналған фотоэлектрлік жартылай өткізгіш жүйелер болып табылады. Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын мұндай жартылай өткізгішті түрлендіргіштердің артықшылығы - тиімділік, шуылсыздық, экологиялық тазалық және диффузиялық жарықта, бұлтты жағдайларда және тіпті жаңбырда жұмыс істеу мүмкіндігі. Көптеген зерттеулер мен күн батареяларын жасау үшін қолданылатын жаңа материалдарға қарамастан, кремний күн энергетикасындағы ең танымал шикізат болып қала береді. Қазіргі уақытта кристалды кремний негізінде жасалған күн батареяларының үлесі жұқа пленка технологиялары негізінде жасалған 5% салыстырғанда шамамен 95% құрайды. Күн батареясының құны кремний бағасына тікелей байланысты, өйткені күн батареясының құнының 70-75% кремний құнымен анықталады. Сондықтан фотоэлектрлік өнеркәсіпті одан әрі дамыту үшін кристалдық кремнийді өндірудің арзан технологияларын жетілдіру қажет. Сарапшылардың бағалауы бойынша Қазақстанда күн энергиясының әлеуеті өте маңызды. Осыған байланысты, қазіргі уақытта Қазақстан Республикасында баламалы энергетика энергетикалық кешеннің даму векторларының бірі болып табылады, бұл ретте нормативтік-құқықтық базаны қалыптастыру және осы саладағы қолдау шаралары бойынша мемлекеттік деңгейде жүргізіліп жатқан жұмыстар дәлелдейді. Зерттеудің мақсаты мен міндеттері. Бұл жұмыстың мақсаты квазимонокристалды кремнийде кездесетін сипаттамалық ақаулардың пайда болу және таралу механизмдерін және олардың материалдың электрлік қасиеттеріне әсерін зерттеу болып табылады. Фотоэлектрлік элементтердің тиімділігін төмендететін қоспаларды азайту мақсатында бағытталған кристалдану процестерін оңтайландыру. Мақсатқа жету үшін эксперименттер мен зерттеулер жүргізілді, соның ішінде келесі тапсырмалар: 1. Өндіріс процесінің параметрлерін модельдеу және кристалдық өсу кезінде фондық дислокациялардың пайда болу механизмін зерттеу үшін жартылай өнеркәсіптік масштабтағы кремний құймаларын өндіру; 2. Ақау түзілу кинетикасы туралы ақпарат алу үшін жоғары температурада күйдіру және төрт нүктелі иілу сынақтары арқылы кремний қасиеттеріне қоспалардың әсерін зерттеу; 3. Кремний кристалдарындағы ақаулардың ядролануын және таралуын азайту механизмдерін анықтау; 4. Кристалл ақауларының рекомбинациялық белсенділігін зерттеу. Зерттеу нысаны. Квазимонокристалды кремний құймалары «монолит» технологиясы бойынша өсірілген және құймалардың, әртүрлі өлшемдегі кремний блоктарының (156мм x 156мм х 240мм, 75мм х 15мм х 3мм) және пластинкалардың өсуі кезінде дислокациялық құрылымдардың түзілуін зерттеу (156мм x 156мм x 200 мкм) алынған құймалардан. Кремнийдің бұл түрін және өсу әдісін таңдау оның практикалық маңыздылығымен және фотоэлектрлік өнеркәсіпте пайдалану перспективасымен түсіндіріледі. Зерттеу әдістері. Кремний кристалдарын өсіру және егжей-тегжейлі мәліметтер алу үшін әртүрлі өлшемдегі және өсу режиміндегі төрт түрлі бағытталған кристалдану пештері пайдаланылды. Кремний үлгілерінде алюминий тотығы бар пластиналар мен өзектерді пайдалана отырып, төрт нүктелі ыстық иілу сынағы жүргізілді. Кристаллографиялық ақауларды зерттеу үшін екі әдіс қолданылды: классикалық рентгендік топография және тербелетін қисық бейнелеу (RCI). Құймалардан жасалған пластиналар кедергі, азшылықты тасымалдаушы қызмет ету мерзімі, фотолюминесценция (PL) және Фурье түрлендіру инфрақызыл спектроскопиясы (FTIR) сияқты сипаттамаларды алу үшін пайдаланылды. Қорғауға шығарылған негізгі тұжырымдар: 1. Тұқымның бетіндегі зақымдалған қабаттың жүйелі ою және өсіп келе жатқан кремний кристалының балқымасынан жоғары атмосфераның бейімделуі квазимонокристалды кремний құймаларын өсіру кезінде фондық дислокацияның концентрациясын барынша азайтады. 2. Германиймен допинг монокристалдардағы толық басылғанға дейін кристалдық кремнийдің көлемі бағытында дислокацияның таралуын баяулатады. Германий қоспасы нүктелік ақаулармен әрекеттеседі және кремний торының деформациясын тудырады, дислокацияның қозғалысын бәсеңдетеді. Квазимонокристалды кремнийде дән шекараларының болуы артық радиалды кернеуді ішінара сіңіреді, сондықтан Ge қоспасы жергілікті ығысу кернеуі ~1 МПа аспайтын дәндердегі дислокация тығыздығын әлеуетті түрде төмендетеді. 3. Тұқымдық қосылыстардан астық асты шекараларының пайда болуын тұқымдар арасындағы салыстырмалы дезориентацияны реттеу арқылы болдырмауға болады. Кристалл <100> бағдармен өскенде, астыңғы түйіршіктердің орнына ~ 6°-тан жоғары емес дезориентациямен ақаусыз дән шекаралары қалыптасады. 4. Монопольді технологияны қолдана отырып өсірілген кремний құймаларының құны арзанырақ және күн батареяларын жасау үшін кремний пластинкаларын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Зерттеудің ғылыми жаңалық. Жұмыс барысында бірінші рет келесі нәтижелер алынды: 1. Квазимонокристалды кремний құймаларының өсуі кезінде фондық дислокациялардың қалыптасу механизмдері туралы деректер талданған. 2. Кристалдық кремнийдің негізгі массасындағы дислокацияның таралуын бәсеңдетуге германий қоспасының оң әсері анықталды. 3. Теориялық зерттеулер мен тәжірибелік-эксперименттік жұмыстар негізінде квазимонокристалды кремний құймаларын өсірудің оңтайлы шарттары әзірленді. 4. Квазимонокристалды кремнийде кездесетін ақауларға және олардың материалдың электрлік қасиеттеріне әсері бойынша эксперименталды зерттеулер жүргізілді, бұл алынған кремнийді фотоэлектрлік элементтерді өндіру үшін пайдалану мүмкіндігін көрсетті. Алынған нәтижелердің практикалық маңыздылығы. Квазимонокристалды кремний құймасындағы фондық дислокациялардың түзілу құрылымы мен динамикасын осы құрылымдардың түзілуіне Ge қоспасының әсерімен зерттеу бойынша практикалық нәтижелер алынды (кремнийдегі дислокацияларды талдау, деформация және блоктар мен пластинкалардың сапасына қоспалар). «Монолайк» технологиясы бойынша кремний кристалдарын өсірудің тәжірибелік әдісін енгізу Қазақстан шикізатын пайдалана отырып, күн батареяларын өндіру үшін кремний өндіру және тазарту үшін энергия шығындарын азайту перспективасына ие. «Монолайк» технологиясын қолдану арқылы өнеркәсіптік масштабтағы монокристалды кремнийден жасалған аналогтардан төмен емес тиімділік мәні бар күн батареяларын шығару үшін қымбат ресурстарды тұтынуды азайтуға болады. Өскемен зауытындағы жұмыс істеп тұрған желіні кремний пластиналары мен фотоэлектрлік элементтер өндірісі түрінде жаңғыртуға болады. Жұмыстың ғылыми-зерттеу бағдарлармаларымен байланысы. Бұл зерттеу ECM Greentech (Франция) француздық өнеркәсіптік компаниясының қатысуымен Қазақстан Республикасының Үштөбе (кремний зауыты) және Өскемен (фотоэлектрлік элементтерді құрастыру) қалаларындағы зауыттардағы KazPV өндіріс орындарында жүргізілді. Жұмысты апробациялау. Диссертациялық жұмыстың нәтижелері 5 халықаралық және республикалық конференцияларда ұсынылып, талқыланды: III халықаралық ғылыми-практикалық конференция. Ғылым мен тәжірибедегі инновациялар (Прага , Чехия, 2017 ); XXXII халықаралық ғылыми конференция. Қазіргі әлемдегі қазіргі ғылыми зерттеулер (Переяслав-Хмельницкий , Украина, 2017); 13 Ресейлік конференциясы. Жаңартылатын энергияның физика-химиялық мәселелері (Санкт-Петербург, Ресей, 2017 ж.); Д. Серікбаев атындағы ШҚМТУ құрылғанына 60 жыл толуына арналған халықаралық ғылыми-техникалық конференция. Инновациялық экономиканы құрудағы университеттердің рөлі. (Өскемен, Қазақстан, 2018 ж.); «AESMT'19» Екінші халықаралық ғылыми конференциясы БАЛМАЛЫ ЭНЕРГИЯ КӨЗІ, МАТЕРИАЛДАР ЖӘНЕ ТЕХНОЛОГИЯЛАР (София, Болгария, 2019 ж.) Жарияланымдар. Зерттеудің негізгі нәтижелері 6 мақалада жарияланды, оның ішінде 1 мақала Web of Science Core Collection және Scopus деректер базасында индекстелген жоғары бағаланған ғылыми басылымда, 5 мақала Ғылым және жоғары білім саласындағы сапаны қамтамасыз ету комитеті ұсынған басылымда жарияланды. Қазақстан Республикасы Ғылым және Жоғары білім министрлігі, Республикалық және халықаралық конференциялар жинақтарында 5 баяндама тезистері. Web of Science Core Collection және Scopus дерекқорларына енгізілген ғылыми басылымдарда, олардың ғылымиометриялық көрсеткіштерін көрсететін индекстелген мақалалар: 1. Қалығұлов, Д., Плотников, С., Лэй, П. Техникалық және экономикалық тиімділігі бар монолайлы технологияны қолданатын фотоэлектрлік элементтердің сипаттамалары және дәстүрлі дайындау әдісімен салыстыру //Шығыс-еуропалық кәсіпорын технологиялары журналы – 2022, том. 5 Жоқ. 5 (119), бет. 6-15. (IF= 1,074, Q3, CiteScore =2,1, 45% процентиль). Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігінің Ғылым және жоғары білім саласындағы сапаны қамтамасыз ету комитеті ұсынған мақалалар: 1. И.А. Клиновицкая С.В. Плотников, Д.А. Қалығұлов. Фотоэлектрлік түрлендіргіштерді өндіру технологиясын зерттеу. атындағы ШҚМТУ Хабаршысы. Д.Серікбаева. – 2017. - No 4(78). – С.67-73. ISSN 1561-4212. 2. Клиновицкая И.А. Бетекбаев А.А., Плотников С.В., Қалығұлов Д.А. Қазақстан Республикасындағы фотоэлектрлік түрлендіргіштер өндірісінің даму болашағы. Еуразия ұлттық университетінің хабаршысы. Гумилева Л.Н. - Өскемен. 2017. - No 4 (119). – Б.103-111. ISSN 2616-6836. 3. Д.Қалығұлов , И.Клиновицкая, Т.Тұрмағамбетов, А.Павлов, С.Плотников, Б.Мұқашев, А.Серікқанов, Ж. Ағабеков, Д.Қаңтарбаева. Сарыкөл кварц кен орны негізінде Қазақстанда фотоэнергетиканың жоғары технологиялық өндірісі. "Қазақстан Республикасы Ұлттық Ғылым Академиясының Известиясы. Физика-математика сериясы", 3-том, №325 (2019 ж.), 120 – 129 б. ISSN 2518-1726 (онлайн), ISSN 1991-346X (басып шығару). 4. Клиновицкая, С.Плотников, Д.Қалығұлов , П.Лей. Қазақстандық кремний негізіндегі күн батареяларының қасиеттерін зерттеу. ҚарМУ Хабаршысы, «Физика» сериясы, Қарағанды. 2019. - No 3(95)/2019 ж. – С.34-42. ISSN 2518-7198. 5. Клиновицкая, С.Плотников, Д.Қалығұлов, П.Лей. Қазақстандық кремний негізіндегі фотоэлектрлік элементтердің тиімділігін арттыру. Болгариялық химиялық коммуникациялар – Болгария.2019.-V51, арнайы шығарылым F. – 41-48б. ISSN: 0324-1130. Автордың жеке қосқан үлесі: Зерттеудің алдын ала әдебиеттік талдауы, эксперимент жүргізу және мәліметтерді өңдеу орындалды . Эксперимент нәтижелерін бағалау және негізгі қорытындылар отандық ғылыми кеңесші С.В.Плотниковтың, сондай-ақ шетелдік ғылыми кеңесші Филлип Лэйдің жетекшілігімен жүргізілді. Жұмыстың құрылымы мен көлемі. Диссертация 50 сурет, сонымен қатар зерттеу барысында алынған әдеби-эксперименттік деректердің пайдаланылуын көрсететін 117 әдеби дереккөзді қоса алғанда, машинада басылған 98 мәтін парағынан тұрады. Кіріспе, төрт негізгі тараудан, қорытындыдан және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Диссертацияның әрбір тарауы қысқаша қорытындылармен аяқталады, ал Қорытындыда жүргізілген эксперименттік жұмыстың негізгі нәтижелері мен қорытындылары берілген. Кіріспеде осы зерттеудің өзектілігі, зерттеу объектісі ретінде кристалды кремнийді таңдау себептері туралы қысқаша ақпарат берілген, сонымен қатар зерттеудің мақсаты мен міндеттері тұжырымдалған, қорғауға ұсынылған негізгі ережелер көрсетілген, ғылыми-зерттеу жұмыстарының сипаттамасы берілген. диссертацияның практикалық маңызы. Бірінші тарауда зерттелетін саладағы қазіргі заманғы өнердің жалпы жағдайы жинақталған . Квазимонокристалды процестерге баса назар аудара отырып, кремний кристалдарын өсірудің әртүрлі әдістері сипатталған . Бұл тарауда сонымен қатар кремний дислокациясына , деформацияға және кристалдық материал сапасына қоспалардың әсерін шолу кіреді . Сонымен қатар , ол кремнийдегі меншікті қоспалардың болуын және екі өлшемді кеңейтілген ақауларды сипаттайды. Кремнийдің электрлік қасиеттері де сипатталған . Екінші тарауда кристалдардың өсу процесінде қолданылатын эксперименттік әдістерді, төрт нүктелі иілу сынақтарын және синхротронды рентгендік көзді пайдаланып кеңейтілген сипаттаманы сипаттайды . Басқа құрылымдық , химиялық және электрлік қасиеттері де сипатталған , соның ішінде ақаулармен индукцияланған заряд тасымалдаушы рекомбинация жылдамдығын анықтау әдістері. Үшінші тарауда квазимонокристалды құймалардағы дислокациялардың фондық желісінің құрылымы мен қалыптасу динамикасын талдауға арналған. Кристалл торының сәйкес деформациясы сандық түрде көрсетіледі. Мұндай құрылымдардың пайда болуына кернеудің, кернеу уақытының және қоспа қоспаларының әсері кремний пластинасын жасыту эксперименттері және жоғары температурада төрт нүктелі иілу сынақтары арқылы зерттеледі. Квазимонокристалдардағы екі өлшемді кеңейтілген ақаулардың, яғни астыңғы дәндердің және астық шекараларының дамуы да зерттеледі, бұл ретте дәндер арасындағы дұрыс емес бағдарланудың әсеріне және ақауларды тарату үшін ақаулы дәндерді пайдалануға ерекше назар аударылады. Бөлімнің 3-бөлімінде ақаулардың қоспалармен ластануының құрылымы мен деңгейі олардың рекомбинациялық белсенділігімен байланысты. Төртінші тарауда квазимонокристалды құймалардың өсуі кезінде B, P, Ge қоспалары қарастырылады. Негізгі назар квазимонокристалдық дәннің өсу процесінің ерекше жағдайларымен байланысты элементті оқшаулауға және жергілікті кернеудің жоғарылауынан туындаған кристалдық ақауларға аударылады. Қорытындыда алынған нәтижелер берілген және эксперименттердің негізгі қорытындылары тұжырымдалған. Жалпы қорытындылар ақаулардың пайда болу механизмдері туралы алынған ақпаратты және осы процеске қатысты жасалған практикалық қорытындыларды жинақтайды. Сонымен қатар, осы бағыттағы зерттеулердің одан әрі бағыттары ұсынылады.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://www.youtube.com/watch?v=Rba1g6SFhEQ
