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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2018.tde-15012018-105125
Document
Author
Full name
Verônica Christiano
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Santos Filho, Sebastião Gomes dos (President)
Diniz, José Alexandre
Martino, João Antonio
Onmori, Roberto Koji
Stem, Nair
Title in Portuguese
Fabricação de células solares MOS utilizando oxinitretos de silício obtidos por processamento térmico rápido (RTP).
Keywords in Portuguese
Células solares (Fabricação)
Filmes finos
Abstract in Portuguese
Neste trabalho foram crescidos filmes finos de oxinitreto de silício (SiOxNy) por processamento térmico rápido (RTP) utilizando um forno térmico convencional adaptado, objetivando fabricar células solares MOS com baixo custo agregado e bom rendimento de conversão de baixas intensidades luminosas em energia elétrica de forma reprodutível. A receita de oxinitretação otimizada foi desenvolvida em ambiente misto de 5N2:1O2 na temperatura de 850°C para tempos de processo, na faixa de 10 a 80s seguido por uma passivação em 2L/min de N2 por 80s. Os dielétricos crescidos foram caracterizados fisicamente quanto à espessura (entre 1,50 e 2,95nm), à microrugosidade (<0,95nmRMS) e à concentração de nitrogênio (1,0-2,1%atm). As características de tunelamento foram investigadas em capacitores MOS e apontaram para a existência de armadilhas interfaciais do tipo K capazes de armazenar cargas positivas. Nas células solares MOS, a corrente de fundo foi característica para todos os processos de oxinitretação empregados (~0,5-2µA/cm2) e apresentaram níveis de resposta à luz incidente na faixa de 1 a 8mA/cm2 compatível com aplicações de conversão de energia em ambientes internos e externos (energy harvesting). A característica densidade de corrente x tensão de porta (JxVG) das células solares apresentou um comportamento aproximadamente linear desde a densidade de corrente de curto-circuito (JSC) até a tensão de curto-circuito (VOC) implicando em potência gerada máximas (PGmáx) de até centenas de µA/cm2 para VG ? VOC/2 para uma ampla faixa de intensidade radiante incidente (11,8 - 105,7mW/cm2) alcançando rendimentos de conversão de até 5,5%.
Title in English
Fabrication of MOS solar cells using silicone oxynitrites grown by Rapid Thermal Processing (RTP).
Keywords in English
Oxynitrides
Rapid thermal processing
Solar cell MOS
Abstract in English
In this work, silicon oxynitrides (SiOxNy) were grown by means of a homemade Rapid Thermal Processing (RTP). The goal was to manufacture MOS solar cells with a reduced price and reasonable light conversion efficiency for low light intensity. The optimized oxidation recipe consisted of using an environment with gas mixture of 5N2:1O2 at a temperature of 850°C and different processing times in the range of 10 to 80s followed by a passivation step in ultrapure N2 (2L/min) at the same temperature of 850oC for 80s. The oxynitrides were grown with thickness in the range of 1.50 to 2.95nm with surface microroughness lower than 0.95nmRMS and nitrogen concentration in the range of 1.0 to 2.1%atm. The tunneling characteristics were studied with the aid of MOS capacitor and K-type interfacial traps related to Si(p)/Si?N structure were detected positively charged for VG > 0. The background current in the MOS solar cells (~0.5-2µA/cm2) were similar for all samples and the current response to the incident light was in the range of 1 to 8mA/cm2, which is compatible with energy conversion for indoor and outdoor environments (energy harvesting). The current density x gate voltage (JxVG) characteristics of the MOS solar cells presented a nearly linear behavior since the short-circuit current density (JSC) till to the open circuit voltage (VOC) so that the maximum generated power was of hundreds of µA/cm2 for VG ? VOC/2 for a large range of radiant intensities (11.8 - 105.7 mW/cm2) and achieving efficiency conversion up to 5.5%.
 
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Publishing Date
2018-01-16
 
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