Obtenção e caracterização de camadas depositadas de SiO com propriedades de armazenamento de cargas positivas para células solares MOS tipo inversão empregadas na colheita de energia em ambientes internos. - Shiga, William Tsuyoshi (2025)
Este trabalho mostra a fabricação, caracterização e modelagem de camadas de monóxido de silício/dielétrico de porta (SiO/ SiOxNy ou SiO/SiO2) para passivação de células solares MOS (Metal-Óxido-Semicondutor) operando no modo depleção em ambientes internos. Após a caracterização elétrica das estruturas Al/SiO/SiO2/Si-P de capacitores MOS (Metal-Óxido-Semicondutor), a carga efetiva positiva na camada de SiO foi obtida a partir das características de Capacitância x Tensão (CxV). Essa carga positiva promove a formação da camada de depleção nas regiões expostas de SiO/SiOxNy/Si-P ao redor da grade de metal que é a porta das células solares Al/SiOxNy/Si-P. O processo de tunelamento através das estruturas Al/SiOxNy/Si-P e Al/SiO2/Si-P foi modelado utilizando um novo método de separação da condutância paralela (Gp) e da resistência série RSV para um regime de alta corrente de tunelamento nas estruturas MOS fabricadas. A carga efetiva positiva da camada de SiO, com ~180-195 nm de espessura, resultou aproximadamente 1,2x1012/cm2 e foi obtida a partir da tensão de faixa plana (VFB) extraída da estrutura Al/SiO/SiO2/Si-P. Para a estrutura Al/SiOxNy(1,8nm)/Si-P, a condutância paralela Gp resultou mais elevada (~3-5 mS) comparado com a estrutura Al/SiO2(4nm)/Si-P (~0,5-1,5 mS). Além disso, foi observado um aumento no rendimento da conversão de energia luminosa em eletricidade para as estruturas Al/SiOxNy(1,8nm)/Si-P empregadas como células solares em ambientes internos após o recozimento a 400ºC durante 30 min. em argônio ultrapuro. As curvas de densidade de corrente x tensão (JxV), utilizando iluminação de 100 mW/cm2 (simulador solar) ou iluminação interna de 5,0 mW/cm2 (LED) ou 11,7 mW/cm2 (lâmpada halógena) a 25ºC na superfície da amostra, foram extraídas para as espessuras de SiO de ~180-195 nm e os principais parâmetros elétricos foram obtidos para as células fotovoltaicas MOS, como a corrente de curto-circuito (Jsc), a tensão de circuito aberto (Voc) e a eficiência de conversão energética (). O valor de foi obtido para a célula solar MOS recoberta com a camada de SiO previamente recozida e iluminada com 100 mW/cm2 (simulador solar), 5,0 mW/cm2 (LED) ou 11,7 mW/cm2 (lâmpada halógena), que apresentaram: 0,54%, 1,0% e 5,5%, respectivamente. O valor mais alto de eficiência obtido para lâmpada halógena foi explicado considerando que os substratos de silício apresentam maior absorção de luz nas bandas de infravermelho próximo e médio para o caso da iluminação com lâmpada halógena, em comparação com a absorção predominante na banda de UV-vis que ocorre para iluminação com LED ou simulador solar.