Emissão óptica de plasma e desenvolvimento de a-Si:H por sputtering.

Abstract

A utilização do silício amorfo (a-Si) como camada emissora nas células fotovoltaicas baseadas em heteroestruturas tem se mostrado com várias vantagens em nível de custo de produção e desempenho se comparadas ao silício cristalino (c-Si). Em filmes de a-Si puro, existe uma grande concentração defeitos, aproximadamente 10²¹ por cm³ e o hidrogênio exerce um papel importante para passivá-los, havendo ainda dúvidas a respeito da sua incorporação e estabilidade em a-Si:H, a despeito do fato de se ter aprendido muito sobre isto nos últimos anos. A técnica de pulverização catódica (sputtering a magnétron) para fins de produção de a-Si:H tem sido pouco estudada se comparada à técnica de PECVD, e apresenta algumas vantagens como uso de insumo fonte de Si mais seguro e sustentável, o sistema é mais simples em termos de aumento de escala e automação. Neste trabalho a incorporação de H no a-Si foi promovida e investigada por via do controle do plasma em uma atmosfera de Ar-H2, que por sua vez é dependente de parâmetros da máquina. Para este controle implementou-se um sistema de controle onde adotou-se a técnica de Espectroscopia de Emissão Óptica (OES) do plasma, que têm tido destaque em diversas aplicações de deposição a plasma por ser relativamente simples e não intrusiva no processo. Foi realizado um planejamento experimental para avaliação dos efeitos de parâmetros de processo nas propriedades dos filmes obtidos. As seguintes técnicas foram utilizadas para caracterização dos filmes: espectroscopias Raman, FTIR e UV-Vis além de microscopia de força atômica (AFM). Obtendo-se as seguintes propriedades: Morfologia, composição, propriedades ópticas, densidade de defeitos em estados intermediários, dentre outras. Os resultados mostram que foi possível a implementação do método de magnéton sputtering para obtenção dos filmes de a-Si:H com altos níveis de incorporação de hidrogênio. A técnica de OES para o estudo do processo de hidrogenação de filmes de a-Si mostrou-se com grande potencial e possibilidade de controle automático da composição do plasma. A ferramenta de planejamento estatístico fatorial, possibilitou o aprimoramento das análises e também grande potencial para otimização de processos e formulação de modelos estatísticos.