Fabricação, caracterização e modelagem elétrica de células solares MOS para aplicação em energy harvesting.

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Watanabe, Marcos Norio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Células solares; Dielétricos; Electrical modeling; Energy harvesting; Modelagem elétrica; MOS solar cell
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-05022020-095316/

Neste trabalho foram fabricadas células solares MOS com estruturas Al/SiOxNy/Si-p e Al/Mg/SiOxNy/Si-p sobre substratos com resistividade entre (0,01 e 10) ?.cm, espessura do dielétrico de porta entre (1,65 e 2,23) nm e área total de 3,24 cm2. O dielétrico de porta foi obtido através do processo RTP (Rapid Thermal Processing) em um forno convencional na temperatura de 850 ºC para gases de processo fluindo na proporção 5 N2 : 1 O2 (2 L/min de N2 e 0,4 L/min de O2). As células solares apresentaram densidade de correntes de escuro (J0) na faixa de (~2,25x10-10 - 6,25x10-6) A/cm2 e obteve-se menores valores de J0 para as células com porta de magnésio. As células solares MOS foram iluminadas com lâmpadas LED e halógena com finalidade de simular o efeito produzido em iluminação nos ambientes internos com potência incidente em mW/cm2 para aplicações de \"solar energy harvesting\". Para exposições por LED em potência incidida de 5,1 mW/cm2 foi possível observar melhores parâmetros de densidade de corrente de curto-circuito (JSC) de ~ 0,4 mA/cm2 e potência máxima gerada (Pmax) de ~ 53 µW/cm2 (rendimento - n = 1,05%). Por meio de exposições por lâmpada halógena e com potência incidida de 11,7 mW/cm2 foi possível adquirir melhores valores de JSC de ~ 8,7 mA/cm2 e Pmax de ~ 2,13 mW (n = ~18%). Foi mostrado para iluminação por LED que o parâmetro JSC aumenta com a espessura do dielétrico de porta e para iluminação por lâmpada halógena, o comportamento mostrou-se o oposto daquele apresentado no caso de iluminação por LED (JSC diminui com a espessura do dielétrico de porta) sendo que a tensão de circuito aberto (VOC) não varia de forma significativa. Observou-se também que a mudança do metal de porta do alumínio para o magnésio propiciou melhoria em praticamente todos os parâmetros fotovoltaicos. Finalmente, foi desenvolvido um modelo elétrico compacto com parâmetros físicos e matemáticos para ajustar a característica J-V de células solares MOS composto de resistências parasitárias em série e paralelo, e pelas componentes de corrente de tunelamento direto e de Fowler-Nordheim.