Dia Mundial dos Materiais 2008

1ª Menção Honrosa SPM

 

Células solares de silício micro/nanocristalino

 

Lúcia P. Gomes

 

CENIMAT/I3N, Departamento de Ciência dos Materiais, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa e CEMOP/UNINOVA. Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal.

lig10801@fct.unl.pt

 

 

RESUMO:

Este trabalho teve por objectivo produzir e caracterizar células solares semi-transparentes de silício amorfo (a-Si:H) /microcristalino para aplicação em janelas.

As células solares produzidas têm a seguinte estrutura: vidro/ TCO/ p/ i´/ i/ n/ metal. As camadas semicondutoras p, i´, i e n foram produzidas por deposição química de vapores assistida por plasma (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) de 27,12 MHz (camada intrínseca – i) e de 13,56 MHz (camadas p, i, e n). A camada i´ é uma camada de bloqueio (buffer layer) à difusão de impurezas da camada p para a camada intrínseca.

O TCO (transparent conductor oxide) usado foi o óxido de zinco dopado com gálio (GZO), devido à sua estabilidade química e à sua textura natural de superfície.

Após optimização do processo, seguiu-se a produção e caracterização de células solares semitransparentes. Inicialmente estudaram-se padrões e geometrias para produzir células solares semi-transparentes em substratos de 4x4 cm², de modo a garantir uma transmitância nunca inferior a 50%. Para se obter a geometria pretendida na célula foram utilizadas as técnicas de fotolitografia, erosão química via húmida e via seca.

Tendo em conta os resultados da caracterização das células, da transmitância e ainda da fiabilidade e custo do processo, foi definida a geometria/padrão para produção de células semi-transparentes em substratos de 10x10 cm².

Com o culminar do trabalho foi realizado um protótipo com a incorporação da célula semi-transparente de 10x10 cm² no caixilho de uma janela. A produção de um demonstrador de uma janela inteligente, resultante da integração da célula solar semi-transparente com uma janela electrocrómica, foi um grande desafio deste trabalho.

Palavras chave: células solares semi-transparentes; silício microcristalino, silício nanocristalino, silício amorfo, janela inteligente.

 

 

ABSTRACT:

The present work aims to the production and characterization of amorphous (a-Si:H)/microcrystalline silicon based semi-transparent solar cells for windows application.

The produced solar cells structure is as follows: glass/TCO/p/i’/i/n/metal. The semiconductor layers p, i’, i e n were obtained by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) of 27.12MHz for the intrinsic i layer and 13.56MHz for the remaining layers. The i’ layer is a buffer layer that prevents the diffusion of impurities from the p layer to the intrinsic layer.

Gallium doped Zinc oxide was used as the transparent conductor oxide (TCO) due to its chemical stability and natural surface texture.

After process optimization, the transparent solar cells were produced and characterized. Patterns/geometries to produce these devices were initially studied on 4x4 cm² substrates in order to insure at least 50% of transmittance. The techniques used to define the cells patterns were photolithography, chemical and dry etching.

Taking into account the results obtained (characterization), process cost and reliability, the geometry for production of semi-transparent solar cells on 10x10 cm² substrates was defined.

At the final stage of this project, a prototype of a window with an incorporated 10x10 cm² semi-transparent solar cell was produced. The combination of the semi-transparent solar cell with an electrochromic window proved to be the greatest challenge of the whole process.

Keywords:  semi-transparent solar cells; µc/nc silicon; amorphous silicon, intelligent windows.

 

 

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