[pt] CÉLULAS SOLARES DE BANDA INTERMEDIÁRIA DE PONTOS QUÂNTICOS DE INAS EM INGAP

[en] INAS QUANTUM DOT INTERMEDIATE BAND SOLAR CELLS IN INGAP

[pt] ELEONORA COMINATO WEINER

[pt] PONTOS QUANTICOS

[pt] FIELD DAMPING LAYERS

[pt] ORDENAMENTO DO INGAP

[pt] BANDA INTERMEDIARIA

[pt] CELULA SOLAR

[en] QUANTUM DOTS

[en] FIELD DAMPING LAYERS

[en] INGAP ORDERING

[en] INTERMEDIATE BAND

[en] SOLAR CELL

[pt] A célula solar de banda intermediária (IBSC) é um dispositivo de terceira geração alternativo à célula solar de junção única e permite atingir maior eficiência mantendo a simplicidade de ter apenas uma junção pn, garantindo baixo custo e baixa complexidade de fabricação. Nesta tese, um extenso trabalho experimental é apresentado, utilizando as técnicas de microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão, catodoluminescência e fotoluminescência, além de extenso trabalho teórico baseado em simulações realizadas com os programas nextnano e SCAPS. Através dos dados obtidos, é discutida a escolha do InGaP para a matriz da célula solar e do InAs para os pontos quânticos; a inclusão das field damping layers, que minimizam o efeito negativo do campo elétrico sobre os pontos quânticos; o desordenamento do InGaP bulk; como pontos quânticos pequenos e com cap layers de menor espessura alteram a tendência de ordenamento das camadas subsequentes de InGaP; a inclusão de uma camada de GaP para garantir a qualidade das interfaces durante o crescimento da estrutura; e a otimização dos pontos quânticos para atingir a energia ideal teórica para a banda intermediária. Cinco estruturas completas de células solares de referência e de banda intermediária baseadas nas discussões apresentadas são então propostas para crescimento futuro. Estas estruturas de IBSC devem apresentar figuras de mérito interessantes, como VOC entre 1,32 eV e 1,44 eV (1; 2), aumento entre 5 por cento e 50 por cento na ISC (3) e baixos efeitos resistivos, garantindo FF alto e eficiências superiores à das células solares de referência.

[en] The intermediate band solar cell (IBSC), an alternative to the single junction solar cell, is a third generation device that achieves greater efficiency while maintaining the simplicity of having only one pn junction, guaranteeing low cost and low complexity to manufacture. In this thesis, an extensive experimental work is presented, using atomic force microscopy, transmission electron microscopy, cathodoluminescence and photoluminescence techniques, in addition to an extensive theoretical work based in simulations performed with nextnano and SCAPS softwares. Through the obtained data, the choice of InGaP for the solar cell matrix and InAs for the quantum dots; the inclusion of field damping layers to minimize the negative effect of the electric field on the quantum dots; the disordering of bulk InGaP; the way small quantum dots with thinner cap layers alter the ordering tendency of subsequent layers of InGaP; the inclusion of a GaP layer to ensure the interfaces’ quality during the structure s growth; and the quantum dots optimization to reach the intermediate band ideal theoretical energy are discussed. Five complete structures for reference and intermediate band solar cells based in the presented discussions are then proposed for future growth. These IBSC structures should present interesting figures of merit, such as a VOC ranging between 1,32 eV and 1,44 eV (1; 2), an increase between 5 per cent and 50 per cent in ISC (3) and low resistance effects, ensuring a high FF and efficiencies superior to the reference solar cells.

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

ROBERTO JAKOMIN

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

LEILA ROSA DE OLIVEIRA CRUZ

LUCIANA DORNELAS PINTO

ROBERTO JAKOMIN

GERMANO MAIOLI PENELLO

HENRI IVANOV BOUDINOV

2021-12-30

2021-10-07

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.56863