Publicação

Fabrico de junções de túnel para células solares de dupla junção de alto rendimento

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O objetivo desta dissertação é delinear um processo para a formação de uma junção de túnel, a ser incorporada numa célula fotovoltaica de multijunção, através de uma técnica que não exija constrangimentos de temperatura, seja facilmente escalável para a produção industrial e de custo reduzido. A procura por uma técnica que preenchesse estes requisitos levou à escolha do processo GILD (Gas Immersion Laser Doping), sendo este de baixo custo, uma vez que o laser é muito menos dispendioso do ponto de vista energético que um forno resistivo, já que permite tratamento térmico local, e tem possibilidade de ser realizada em larga escala quando associado a uma cabeça galvanométrica ou uma mesa x-y. Além disto, a junção produzida não impede que a célula de topo seja potencialmente depositada através de um processo que utilize temperaturas relativamente elevadas (superiores a 200ºC). Um laser do tipo pulsado oferece muito controlo no processo de fusão do silício, com a possibilidade de o programar em termos de densidade energética, frequência e duração do pulso. Esta técnica nunca foi utilizada para a formação de junções de túnel com vista a aplicação em células solares (uma vez que os objetivos das experiências já existentes são a aplicação eletrónica), sendo uma inovação na arquitetura fotovoltaica. A técnica GILD foi reportada pela primeira vez em 1989. Neste primeiro artigo, era a amostra que se deslocava relativamente ao laser, utilizando uma mesa x-y. Na experiência delineada para esta dissertação, optou-se pela aplicação de um laser de rastering, que altera a posição do feixe, mantendo a wafer de silício fixa. Foi também selecionado um laser diferente do que é normalmente reportado na bibliografia (por exemplo 308 nm XeCl), com um comprimento de onda de 1064 nm (Nd:YAG), combinado com uma lente f-teta, que permite assegurar que o feixe está sempre focado na superfície da amostra independentemente da zona desta onde incide. O dopante a ser aplicado na experiência programada é o POCl3 (Cloreto de Fosforila) e, embora a dopagem com fósforo para aplicações fotovoltaicas não seja inovadora, esta fonte ainda não foi reportada noutros processos deste género. Para o ambiente da câmara onde se realiza a dopagem foram estudados dois métodos diferentes: baixa pressão e pressão atmosférica. Para cada um foram elaborados esquemas, estudadas as vantagens, desvantagens e as especificações, optando-se por realizar a técnica à que utiliza pressão ligeiramente superior à atmosférica, uma vez que diminui o risco de fugas e permite a utilização de outros materiais (mais baratos) para os diferentes componentes do sistema. Esta dissertação, estando incluída no primeiro ano de um projeto de deposição de junções de túnel através de um processo escalável e de baixo custo, focou-se sobretudo em pesquisa bibliográfica sobre temas relevantes para esta área e, principalmente, sobre a técnica GILD aplicada no passado, comparando trabalhos e resultados.
Autores principais:	Guerra, Afonso Filipe Diogo
Assunto:	Células fotovoltaicas Células tandem Junção de túnel Silício GILD Dopagem Teses de mestrado - 2020
Ano:	2020
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	português
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	O objetivo desta dissertação é delinear um processo para a formação de uma junção de túnel, a ser incorporada numa célula fotovoltaica de multijunção, através de uma técnica que não exija constrangimentos de temperatura, seja facilmente escalável para a produção industrial e de custo reduzido. A procura por uma técnica que preenchesse estes requisitos levou à escolha do processo GILD (Gas Immersion Laser Doping), sendo este de baixo custo, uma vez que o laser é muito menos dispendioso do ponto de vista energético que um forno resistivo, já que permite tratamento térmico local, e tem possibilidade de ser realizada em larga escala quando associado a uma cabeça galvanométrica ou uma mesa x-y. Além disto, a junção produzida não impede que a célula de topo seja potencialmente depositada através de um processo que utilize temperaturas relativamente elevadas (superiores a 200ºC). Um laser do tipo pulsado oferece muito controlo no processo de fusão do silício, com a possibilidade de o programar em termos de densidade energética, frequência e duração do pulso. Esta técnica nunca foi utilizada para a formação de junções de túnel com vista a aplicação em células solares (uma vez que os objetivos das experiências já existentes são a aplicação eletrónica), sendo uma inovação na arquitetura fotovoltaica. A técnica GILD foi reportada pela primeira vez em 1989. Neste primeiro artigo, era a amostra que se deslocava relativamente ao laser, utilizando uma mesa x-y. Na experiência delineada para esta dissertação, optou-se pela aplicação de um laser de rastering, que altera a posição do feixe, mantendo a wafer de silício fixa. Foi também selecionado um laser diferente do que é normalmente reportado na bibliografia (por exemplo 308 nm XeCl), com um comprimento de onda de 1064 nm (Nd:YAG), combinado com uma lente f-teta, que permite assegurar que o feixe está sempre focado na superfície da amostra independentemente da zona desta onde incide. O dopante a ser aplicado na experiência programada é o POCl3 (Cloreto de Fosforila) e, embora a dopagem com fósforo para aplicações fotovoltaicas não seja inovadora, esta fonte ainda não foi reportada noutros processos deste género. Para o ambiente da câmara onde se realiza a dopagem foram estudados dois métodos diferentes: baixa pressão e pressão atmosférica. Para cada um foram elaborados esquemas, estudadas as vantagens, desvantagens e as especificações, optando-se por realizar a técnica à que utiliza pressão ligeiramente superior à atmosférica, uma vez que diminui o risco de fugas e permite a utilização de outros materiais (mais baratos) para os diferentes componentes do sistema. Esta dissertação, estando incluída no primeiro ano de um projeto de deposição de junções de túnel através de um processo escalável e de baixo custo, focou-se sobretudo em pesquisa bibliográfica sobre temas relevantes para esta área e, principalmente, sobre a técnica GILD aplicada no passado, comparando trabalhos e resultados.