DESENVOLVIMENTO DE CÉLULAS SOLARES DE MÚLTIPLAS JUNÇÕES PARA APLICAÇÕES ESPACIAIS NO LABORATÓRIO DE SEMICONDUTORES DA PUC-RIO

Resumo

Células solares de múltiplas junções são uma alternativa às tradicionais células simples para aumento da eficiência de conversão de energia por dispositivos fotovoltaicos. Em função de seu elevado custo, elas são utilizadas em aplicações onde o custo não é um limitante primordial. Neste trabalho, apresentamos a situação atual do desenvolvimento de células solares de junção tripla para aplicações espaciais no Laboratório de Semicondutores da PUC-Rio. Nos estudos relacionados a esse projeto, trabalhamos na otimização das três junções individualmente. O material ativo escolhido para a junção inferior é o germânio, que possui um gap de energia de cerca de 0,7 eV. A junção é produzida por difusão de dopantes tipo n em substrato tipo p. Assim, forma-se a primeira junção. Em seguida, realizamos os estudos da heteroepitaxia de semicondutores do tipo III-V sobre o Ge que é o substrato da estrutura, pois tanto a junção intermediária como a do topo são baseadas em semicondutores III-V. Para a junção intermediária propomos utilizar um conjunto de poços quânticos de InGaAs com barreira de InGaP. Essa estratégia permite o controle do gap de energia efetivo que aparece nessa região por conta do confinamento dos portadores de carga elétrica. A vantagem de utilizar essa abordagem é que não há um material bulk com parâmetro de rede compatível e que apresente o valor ótimo de gap de energia, conforme o calculado teoricamente (1,18 eV). Além disso, é esperado que os materiais utilizados no sistema de poços quânticos apresentem maior resistência à radiação cósmica que os materiais comumente utilizados. Finalmente, o material ativo da junção superior é o InGaP, com um gap de energia de 1,8 eV. A otimização dessa junção passa pelo aumento de sua corrente de curto-circuito, que pode ser um fator limitante para o dispositivo como um todo.