Fabricação de células solares de GaAs contendo pontos quânticos de InAs - Lima, Marcelo Delmondes de (2019)
Esse trabalho é o primeiro do Laboratório de Novos Materiais Semicondutores na área de células fotovoltaicas e, como tal, teve de enfrentar inicialmente vários desafios para que a pesquisa pudesse ser realizada em boas condições. Um panorama da tecnologia fotovoltaica atual foi apresentado, assim como todas as etapas da fabricação e dos testes dos dispositivos. As amostras foram crescidas pela técnica de epitaxia por feixes moleculares e processadas por litografia óptica, ataque químico molhado e metalização por feixe de elétrons. Usamos novas máscaras possuindo células solares com tamanho e contatos diferentes, e tentamos obter contatos elétricos de boa qualidade usando ligas diferentes para as camadas dopadas do tipo p e n. Após a fabricação de uma célula de GaAs de boa qualidade, usada como referência para o restante do estudo, algumas melhorias básicas foram feitas de maneira a aumentar a eficiência dela. Inicialmente, inserimos uma fina janela de AlGaAs na parte superior da estrutura para evitar a recombinação dos portadores na superfície, substituímos a camada traseira de GaAs mais dopada (BSF) por uma camada de AlGaAs para ver se isso melhorava o desempenho do dispositivo, e removemos da região óptica a fina camada superior de GaAs extremamente dopada (usada apenas para melhorar a qualidade do contato superior) para evitar que ela absorvesse parte da radiação incidente. A caracterização das células foi feita com um simulador solar e revelou que a primeira e terceira modificação melhoraram sensivelmente os dispositivos, levando a eficiência deles a 14%, maior valor obtido nesse trabalho, sendo que a segunda modificação não surtiu efeito. Finalmente, uma célula solar baseada na melhor estrutura obtida e contendo pontos quânticos de InAs na região ativa foi processada de maneira a tentar aumentar ainda mais a eficiência pela absorção da radiação incidente possuindo uma energia abaixo do gap do GaAs e que normalmente não é aproveitada. Os resultados indicaram uma redução de eficiência da ordem de 40% com a introdução dos pontos quânticos na estrutura, provavelmente relacionada com a geração de defeitos estruturais durante a formação das nanoestruturas. Algumas soluções para esse problema consistem em aumentar a dopagem dos pontos quânticos e concentrar a presença deles na parte inferior da região ativa.