Desenvolvimento de células solares de Si nano-estruturado para aplicação em azulejos solares

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais, pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

O crescente aumento do consumo de energia e a dependência de recursos energéticos não renováveis está a sensibilizar a Humanidade para as questões energéticas e a necessidade de adopção de fontes de energia mais limpas e menos dependentes de fontes esgotáveis. Na última década têm sido feito um esforço para contrariar o cenário actual da dependência energética, as energias limpas têm surgido como uma possibilidade viável mas ainda longe de ser suficiente para satisfazer os elevados consumos. Destas energias limpas a fotovoltaica (PV) revela-se como uma das mais promissoras. Neste trabalho é proposto um novo conceito no campo da energia PV, alargando ainda mais a sua aplicabilidade, pretende-se desenvolver células solares de Si nanoestruturado para aplicação em azulejos solares de forma a tornar um elemento meramente decorativo e passivo num novo produto com a possibilidade de gerar energia, tornando-o um elemento activo nos edifícios onde se encontrem implantados. A estrutura estudada foi: azulejo/metal/n/i/b2/b1/p/TCO, sendo as camadas semicondutoras n, i, b1, b2, p produzidas por deposição química de vapores assistida por plasma (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) utilizando radiofrequência de 27,12MHz e 13,56MHz consoante a camada. O estudo iniciou-se com a produção e caracterização de camadas individuais, tendo-se obtido condições de deposição optimizadas. Estas foram aplicadas em células solares de estrutura simples pin e estruturas mais complexas p, b1,b2,i,n. As células de estrutura nip foram também estudadas tendo em vista aplicação em substratos opacos como é o caso dos azulejos. Um segundo objectivo deste trabalho consistiu estudar novos materiais baseados em óxidos metálicos passíveis de serem utilizados em células de heterojunção. Estes óxidos constituídos por uma camada de um TCO intrínseco depositado sobre uma fina camada de metal, revelaram ter boas propriedades ópticas e eléctricas. Dependendo do tipo de metal obtiveram-se ligas de óxidos semicondutores e também óxidos metálicos. Para além do tipo de metal um recozimento após deposição revelou-se fundamental no controlo das propriedades electro-ópticas. A espessura do metal é outro facto importante no controlo dessas propriedades. Como demonstração da aplicabilidade foi realizada uma heterojunção c-Si/metal+ZNO tendo-se obtido junções de comportamento rectificador (díodo).