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Title: Preparo e caracterização de óxido de zinco dopado com alumínio e hidrogênio para aplicações em células solares fotovoltaicas.
Authors: Guimarães, Gilson Ronaldo
metadata.dc.contributor.advisor: Branco, José Roberto Tavares
Keywords: Óxido de zinco
Células fotovoltaicas
Issue Date: 2013
Citation: GUIMARÃES, G. R. Preparo e caracterização de óxido de zinco dopado com alumínio e hidrogênio para aplicações em células solares fotovoltaicas. 2013. 70 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2013.
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.
metadata.dc.description.abstracten: The CETEC`s photovoltaic group has been developing heterojunction silicon based solar cells with intrinsic layer. This kind of solar cell require a high quality TCO (Transparent conductive oxide). The TCO must present a low resistivity in order of 10-4Ω.cm and transmittance above 85%. Grow TCOs for this type of cell is a challenge due the difficulty to obtain it at temperatures below 200°C. In this work, the effect of hydrogen in ZnO:Al was studied. The hydrogen reduces the resistivity of ZnO without modifying optical properties significantly. Hydrogen acts as n-type donor but in excess can reduce the ZnO. The films were deposited by e-beam plasma assisted. The experiments were carried out in two phases. In the first one, only the percentage of hydrogen in the deposition atmosphere was varied. The hydrogen flow varied from 6 to 40sccm, corresponding to 5% and 25% of the gas present in the deposition atmosphere respectively. In the second phase, the beam current was varied, from 0.3 to 0.6A in order to study the effect of the current in the properties of hydrogenated AZO. The films were characterized by four point probe, Raman spectroscopy, X ray diffraction and UV-Vis spectrophotometry. We obtained films with transmittance higher than 80% and band gap around 3.2ev. The hydrogen reduces the resistivity in one order of magnitude. The lowest resistivity was 4.54 x10-3Ω.cm in atmosphere of 5% of hydrogen. The X-ray diffraction showed the films presented wurtzite structure. Diffraction also showed that the hydrogen between 5% and 10% increases the crystallinity of the film, and hydrogen above to 10% decreases the crystallinity. The Raman spectrum presented a band in all films that corresponds too many defects in the films, mainly in the grain boundaries. Atmosphere 5-10% of hydrogen turned out to be the best for doping the film.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3579
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 03/07/2014, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 3.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.
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