DESENVOLVIMENTO DE CÉLULAS SOLARES DE BANDA INTERMEDIÁRIA NO LABORATÓRIO DE SEMICONDUTORES DA PUC-RIO

Resumo

Células solares de banda intermediária baseadas em pontos quânticos (QDIBSC) têm teoricamente a capacidade de atingir 63% de eficiência de conversão sob concentração desde que utilize uma combinação específica de gaps de energia (0,7/1,24/1,94 eV), em função da redução de perdas por transmissão. Neste trabalho, apresentamos resultados de estudos com sistemas de pontos quânticos de InAs depositados epitaxialmente sobre GaAs (1,4 eV) ou sobre AlGaAs (1,9 eV) para aplicação na região ativa de QDIBSC. Os dispositivos mais promissores, aqueles produzidos com AlGaAs na região ativa,foram pouco eficientes, mas serviram para otimizar os parâmetros de deposição dos pontos quânticos, que atingiram densidades da ordem de 1010 cm-2. Ao mudar para as IBSC produzidas com o sistema InAs/GaAs, produzimos dispositivos funcionais que demonstraram absorção de fótons de baixa energia. A seguir,partimos para a otimização dos parâmetros de deposição das camadas de recobrimento de pontos quânticos aplicando a técnica de In-flush, que permite um maior controle das alturas e da homogeneidade das nanoestruturas. Nessa técnica, os pontos quânticos são parcialmente recobertos com outro material e um recozimento é responsável por remover o seu topo. Como resultados, mostramos que camadas de recobrimento menores (3 nm) e temperaturas de recozimento maiores (700oC) permitem obter tensões de circuito aberto e, consequentemente, eficiências maiores que as dos dispositivos não otimizados. Atribuímos esses resultados à homogeneização das alturas dos pontos quânticos e à inibição da formação e propagação de defeitos estruturais nos materiais depositados. A melhoria em VOC foi de 65% e de eficiência de 260%. Porém, as figuras de mérito da IBSC otimizada ainda não são maiores que as do dispositivo de referência sem pontos quânticos.