Preparo e caracterização de óxido de zinco dopado com alumínio e hidrogênio para aplicações em células solares fotovoltaicas.

Abstract

O CETEC vem desenvolvendo células solares baseadas em uma heterojunção com camada intrínseca, à base de Silício– HJS. Este tipo de célula requer um TCO (óxido transparente condutor) de alta qualidade, com resistividade da ordem de 10-4Ω.cm e transmitância acima 85%. Obter TCO’s para este tipo de célula é um desafio, pois este deve ser obtido a temperaturas abaixo de 200ºC. Neste trabalho, foi estudado a hidrogenação de ZnO:Al a fim de diminuir a resistividade dos filmes, sem alterar significativamente as propriedades ópticas. O hidrogênio age no ZnO como doador de carga tipo n diminuindo assim a resistividade dos filmes. Os filmes de ZnO:Al hidrogenados foram depositados por evaporação por feixe de elétrons assistido por plasma. Os experimentos foram realizados em duas etapas, ambas a uma temperatura em torno de 100ºC. Na primeira, produziram-se filmes variando apenas o teor de hidrogênio na atmosfera de deposição. A variação ocorreu em cinco níveis diferentes, 0, 5, 10, 15, 20 e 25%. Já na segunda série de experimentos variou-se apenas a corrente do feixe, de 0,3 a 0,6A, mantendo o hidrogênio a 5% na atmosfera de deposição. Os filmes foram caracterizados eletricamente empregando-se o método de quatro pontas, estruturalmente por espectroscopia Raman e difração de raios X e opticamente por espectrofotometria Uv-Vis. Foram produzidos filmes com transmitância maior que 80% e com resistividade de 4,54 x10-3Ω.cm. A difração de raios X mostrou que os filmes de ZnO depositados apresentam estrutura wurtzita com orientação preferencial (002), com o eixo c paralelo a normal do substrato. A difração também mostrou que o hidrogênio, entre 5 e 10%, aumenta a cristalinidade do filme bem como fluxos de hidrogênio acima de 10% levam a diminuição do tamanho de grão até o filme ficar amorfo. Através do espectro Raman pode-se perceber que os filmes depositados possuem muitos defeitos. Atmosfera de 5 a 10% de hidrogênio mostraram ser as melhores para dopagem dos filmes.