Chalcogenide thin films for solar cells: growth and properties

Thin film solar cells have in recent years gained market quota against traditional silicon photovoltaic panels. These developments were in a large part due to CdTe solar panels on whose development started earlier than their competitors. Panels based on Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), despite being more efficient in a laboratory and industrial scale than the CdTe ones, still need a growth technology cheaper and easier to apply in industry. Although usually presented as a good candidate to make cheap panels, CIGS uses rare and expensive materials as In and Ga. The price evolution of these materials might jeopardize CIGS future. This thesis presents three different studies. The first is the study of different processes for the incorporation of Ga in a hybrid CIGS growth system. This system is based on sputtering and thermal evaporation. This technology is, in principle, easier to be applied in the industry and solar cells with efficiencies around to 7% were fully made in Aveiro. In the second part of this thesis, a new material to replace CIGS in thin film solar cells is studied. The growth conditions and fundamental properties of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) were studied in depth. Suitable conditions of temperature and pressure for the growth of this material are reported. Its band gap energy was estimated at 1.05 eV and the Raman scattering peaks were identified. Solar cells made with this material showed efficiencies lower than 0.1%. Finally, preliminary work regarding the incorporation of selenium in Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films was carried out. The structural and morphological properties of thin films of Cu2ZnSn(S,Se)4 have been studied and the results show that the incorporation of selenium is higher in films with precursors rather with already formed Cu2SnS3 or Cu2ZnSnS4 thin films. A solar cell with 0.9 % of efficiency was prepared.

Caracterização e modificação de heteroestruturas de nitretos do grupo III

Os nitretos binários semicondutores do grupo III, e respetivos compostos, são vastamente estudados devido à sua possível aplicabilidade em dispositivos optoeletrónicos, tais como díodos emissores de luz (LEDs) e LASERs, assim como dispositivos para a eletrónica de elevadas temperatura, potência e frequência. Enquanto se concretizou a comercialização na última década de LEDs e LASERs recorrendo ao ternário In1-yGayN, estudos das propriedades fundamentais estruturais e óticas, assim como de técnicas de processamento no desenvolvimento de novas aplicações de outros ternários do grupo III-N encontram-se na sua fase inicial. Esta tese apresenta a investigação experimental de filmes finos epitaxiais de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN e o estudo do recozimento e implantação de super-redes (SL) compostas por pontos quânticos de GaN (QD) envolvidos por camadas de AlN. Apesar do hiato energético do Al1-xInxN poder variar entre os 0,7 eV e os 6,2 eV e, por isso, numa gama, consideravelmente superior à dos ternários Al1-yGayN e InyGa1-yN, o primeiro é o menos estudado devido a dificuldades no crescimento de filmes com elevada qualidade cristalina. É efetuada, nesta tese, uma caracterização estrutural e composicional de filmes finos de Al1-xInxN crescidos sobre camadas tampão de GaN e de Al1-yGayN usando técnicas de raios-X, feixe de iões e de microscopia. Mostra-se que o Al1-xInxN pode ser crescido com elevada qualidade cristalina quando a epitaxia do crescimento se aproxima da condição de rede combinada do Al1-xInxN e da camada tampão (GaN ou Al1-yGayN), isto é, com conteúdo de InN de ~18%, quando crescido sobre uma camada de GaN. Quando o conteúdo de InN é inferior/superior à condição de rede combinada, fenómenos de relaxação de tensão e deterioração do cristal tais como o aumento da rugosidade de superfície prejudicam a qualidade cristalina do filme de Al1-xInxN. Observou-se que a qualidade dos filmes de Al1-xInxN depende fortemente da qualidade cristalina da camada tampão e, em particular, da sua morfologia e densidade de deslocações. Verificou-se que, dentro da exatidão experimental, os parâmetros de rede do ternário seguem a lei empírica de Vegard, ou seja, variam linearmente com o conteúdo de InN. Contudo, em algumas amostras, a composição determinada via espetrometria de retrodispersão de Rutherford e difração e raios-X mostra valores discrepantes. Esta discrepância pode ser atribuída a defeitos ou impurezas capazes de alterar os parâmetros de rede do ternário. No que diz respeito às SL dos QD e camadas de AlN, estudos de recozimento mostraram elevada estabilidade térmica dos QD de GaN quando estes se encontram inseridos numa matriz de AlN. Por implantação iónica, incorporou-se európio nestas estruturas e, promoveu-se a ativação ótica dos iões de Eu3+ através de tratamentos térmicos. Foram investigados os efeitos da intermistura e da relaxação da tensão ocorridos durante o recozimento e implantação nas propriedades estruturais e óticas. Verificou-se que para fluências elevadas os defeitos gerados por implantação são de difícil remoção. Contudo, a implantação com baixa fluência de Eu, seguida de tratamento térmico, promove uma elevada eficiência e estabilidade térmica da emissão vermelha do ião lantanídeo incorporado nos QD de GaN. Estes resultados são, particularmente relevantes, pois, na região espetral indicada, a eficiência quântica dos LEDs convencionais de InGaN é baixa.

Diffusion coefficients in dense and supercritical fluids

Os coeficientes de difusão (D 12) são propriedades fundamentais na investigação e na indústria, mas a falta de dados experimentais e a inexistência de equações que os estimem com precisão e confiança em fases comprimidas ou condensadas constituem limitações importantes. Os objetivos principais deste trabalho compreendem: i) a compilação de uma grande base de dados para valores de D 12 de sistemas gasosos, líquidos e supercríticos; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos de coeficientes de difusão a diluição infinita, aplicáveis em amplas gamas de temperatura e densidade, para sistemas contendo componentes muito distintos em termos de polaridade, tamanho e simetria; iii) a montagem e teste de uma instalação experimental para medir coeficientes de difusão em líquidos e fluidos supercríticos. Relativamente à modelação, uma nova expressão para coeficientes de difusão a diluição infinita de esferas rígidas foi desenvolvida e validada usando dados de dinâmica molecular (desvio relativo absoluto médio, AARD = 4.44%) Foram também estudados os coeficientes de difusão binários de sistemas reais. Para tal, foi compilada uma extensa base de dados de difusividades de sistemas reais em gases e solventes densos (622 sistemas binários num total de 9407 pontos experimentais e 358 moléculas) e a mesma foi usada na validação dos novos modelos desenvolvidos nesta tese. Um conjunto de novos modelos foi proposto para o cálculo de coeficientes de difusão a diluição infinita usando diferentes abordagens: i) dois modelos de base molecular com um parâmetro específico para cada sistema, aplicáveis em sistemas gasosos, líquidos e supercríticos, em que natureza do solvente se encontra limitada a apolar ou fracamente polar (AARDs globais na gama 4.26-4.40%); ii) dois modelos de base molecular biparamétricos, aplicáveis em todos os estados físicos, para qualquer tipo de soluto diluído em qualquer solvente (apolar, fracamente polar e polar). Ambos os modelos dão origem a erros globais entre 2.74% e 3.65%; iii) uma correlação com um parâmetro, específica para coeficientes de difusão em dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) e água líquida (AARD = 3.56%); iv) nove correlações empíricas e semi-empíricas que envolvem dois parâmetros, dependentes apenas da temperatura e/ou densidade do solvente e/ou viscosidade do solvente. Estes últimos modelos são muito simples e exibem excelentes resultados (AARDs entre 2.78% e 4.44%) em sistemas líquidos e supercríticos; e v) duas equações preditivas para difusividades de solutos em SC-CO2, em que os erros globais de ambas são inferiores a 6.80%. No global, deve realçar-se o facto de os novos modelos abrangerem a grande variedade de sistemas e moléculas geralmente encontrados. Os resultados obtidos são consistentemente melhores do que os obtidos com os modelos e abordagens encontrados na literatura. No caso das correlações com um ou dois parâmetros, mostrou-se que estes mesmos parâmetros podem ser ajustados usando um conjunto muito pequeno de dados, e posteriormente serem utilizados na previsão de valores de D 12 longe do conjunto original de pontos. Uma nova instalação experimental para medir coeficientes de difusão binários por técnicas cromatográficas foi montada e testada. O equipamento, o procedimento experimental e os cálculos analíticos necessários à obtenção dos valores de D 12 pelo método de abertura do pico cromatográfico, foram avaliados através da medição de difusividades de tolueno e acetona em SC-CO2. Seguidamente, foram medidos coeficientes de difusão de eucaliptol em SC-CO2 nas gamas de 202 – 252 bar e 313.15 – 333.15 K. Os resultados experimentais foram analisados através de correlações e modelos preditivos para D12.

Construção e análise da rede integrada de interações entre genes humanos envolvida com a regulação da trnsição G1/S do ciclo celular plea adesão à matriz extracelular

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Exploring the properties of the pure spinor b ghost

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise wavelet em curvas de luz estelares de sistemas binários da missão espacial CoRoT

Binary systems are key environments to study the fundamental properties of stars. In this work, we analyze 99 binary systems identified by the CoRoT space mission. From the study of the phase diagrams of these systems, our sample is divided into three groups: those whose systems are characterized by the variability relative to the binary eclipses; those presenting strong modulations probably due to the presence of stellar spots on the surface of star; and those whose systems have variability associated with the expansion and contraction of the surface layers. For eclipsing binary stars, phase diagrams are used to estimate the classification in regard to their morphology, based on the study of equipotential surfaces. In this context, to determine the rotation period, and to identify the presence of active regions, and to investigate if the star exhibits or not differential rotation and study stellar pulsation, we apply the wavelet procedure. The wavelet transform has been used as a powerful tool in the treatment of a large number of problems in astrophysics. Through the wavelet transform, one can perform an analysis in time-frequency light curves rich in details that contribute significantly to the study of phenomena associated with the rotation, the magnetic activity and stellar pulsations. In this work, we apply Morlet wavelet (6th order), which offers high time and frequency resolution and obtain local (energy distribution of the signal) and global (time integration of local map) wavelet power spectra. Using the wavelet analysis, we identify thirteen systems with periodicities related to the rotational modulation, besides the beating pattern signature in the local wavelet map of five pulsating stars over the entire time span.

Análise wavelet em curvas de luz estelares de sistemas binários da missão espacial CoRoT

Binary systems are key environments to study the fundamental properties of stars. In this work, we analyze 99 binary systems identified by the CoRoT space mission. From the study of the phase diagrams of these systems, our sample is divided into three groups: those whose systems are characterized by the variability relative to the binary eclipses; those presenting strong modulations probably due to the presence of stellar spots on the surface of star; and those whose systems have variability associated with the expansion and contraction of the surface layers. For eclipsing binary stars, phase diagrams are used to estimate the classification in regard to their morphology, based on the study of equipotential surfaces. In this context, to determine the rotation period, and to identify the presence of active regions, and to investigate if the star exhibits or not differential rotation and study stellar pulsation, we apply the wavelet procedure. The wavelet transform has been used as a powerful tool in the treatment of a large number of problems in astrophysics. Through the wavelet transform, one can perform an analysis in time-frequency light curves rich in details that contribute significantly to the study of phenomena associated with the rotation, the magnetic activity and stellar pulsations. In this work, we apply Morlet wavelet (6th order), which offers high time and frequency resolution and obtain local (energy distribution of the signal) and global (time integration of local map) wavelet power spectra. Using the wavelet analysis, we identify thirteen systems with periodicities related to the rotational modulation, besides the beating pattern signature in the local wavelet map of five pulsating stars over the entire time span.

A utilização da tecnologia na sala de aula como instrumento de visualização e algebrização dos objetos matemáticos

No presente relatório da Prática de Ensino Supervisionada são referidas opções de ensino, procedimentos e reações dos alunos ao processo de ensino. É dada uma grande ênfase ao ambiente de aprendizagem baseado na tecnologia e suportado por uma comunidade de aprendizagem, que tem lugar na própria sala de aula ou na sala de informática. A tecnologia é assumida como um recurso constante na maior parte das aulas através do recurso a tarefas escolhidas intencionalmente tendo em vista a possibilidade de introdução da tecnologia na sua resolução. Esta implementação assumiu várias formas, tais como a exploração de calculadoras, a manipulação do GeoGebra ou simplesmente através da apresentação de ficheiros acabados, o que constitui uma forma de obter uma boa visualização dos objetos matemáticos. A aplicação dos recursos tecnológicos foi progressivamente tornada mais intensiva, atingindo o seu culminar no Projeto de Estágio, designação atribuída a duas aulas concebidas explicitamente para a exploração da temática: “Estabelecimento de um Paralelismo entre a Geometria Tridimensional Dinâmica e as Funções”; Abstract: The Use of Technology in the Classroom as an Instrument of Visualization and Algebrization of the Mathematical Objects In this paper we refer to teaching options, procedures, and to students’ reactions to the teaching processes. We give a lot of reinforcement in the learning environment based on technology and supported by a community of learners, which take place in their own classroom or in the Informatics Class. Technology is assumed as a constant resource in most part of the classes through the intentional tasks’ choosing taking into account the possibility of technology introduction in their resolution. This implementation has assumed several forms, like calculators’ exploration, GeoGebra manipulation or simply by presenting finished files, which is a way of getting a great visualization of mathematical objects. The technological resources’ application turned itself progressively more intensive, presenting its center point on Practice Project, name who was gave to two classes conceived explicitly for the thematic exploration: “The establishment of a parallelism between Dynamic Tridimensional Geometry and the Functions”.

Contribuição para o conhecimento das propriedades pozolânicas da fracção fina resultante da produção de areia de origem granítica

O presente estudo diz respeito a um trabalho de pesquisa no âmbito de uma Tese de Mestrado incluída no segundo ciclo de estudos do curso de Engenharia Geotécnica e Geoambiente, realizado sobre as condições de desidroxilação para a obtenção de metacaulino com propriedades cimentíceas, a partir da fracção argilosa proveniente dos finos residuais da produção de areias de natureza granítica. O produto resultante da alteração e desintegração dos feldspatos constituintes dos granitos são ricos em caulinite. Na natureza e em particular no Norte de Portugal, existem significativos depósitos cauliníticos com características potenciadoras para a produção de metacaulino. O metacaulino utilizado neste estudo foi obtido de uma amostra de argila submetida a 750oC, por um período de tempo de 30 minutos, processo que permitiu a desidroxilação quase total da matéria-prima, transformando esta numa fase amorfa e irreversível, com propriedades pozolânicas. Os metacaulinos, também conhecidos por geopolímeros, são produtos de fácil produção utilizando uma matéria-prima abundante e proporcionam a obtenção de novos produtos que permitem a substituição parcial do cimento Portland normal na composição das pastas de betão, com vantagens significativas no comportamento mecânico e na resistência aos agentes atmosféricos. Neste estudo são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização da matéria-prima, das condições de calcinação e do produto resultante da desidroxilação, nomeadamente a determinação da pozolanicidade e das características fundamentais para a aplicabilidade do produto. No âmbito da especialidade de Georrecursos, consideramos que este trabalho está perfeitamente adequado, já que, para além do estudo para o conhecimento das propriedades da matéria-prima, foi possível, através das alterações introduzidas com o tratamento térmico, obter um novo produto, cuja utilização terá importantes reflexos na sustentabilidade dos recursos naturais e sua utilização.

Análise e comparação da utilização de métodos de Análise de Componentes Principais na descrição da relação entre a profundidade de um solo florestal e algumas das suas propriedades geoquímicas

Neste trabalho apresentam-se os resultados da analise e comparação da utilização da Análise de Componentes Principais Clássica (ACP) e a Análise de Componentes Principais Robusta (ACPR) na descrição da relação entre a profundidade de um solo florestal e as alterações em quatro propriedades geoquímicas fundamentais. Os resultados obtidos reconhecem que, neste tipo de dados e cala local, a utilização da ACPR deve ser utilizada em detrimento da ACP e que o procedimento de amostragem de solos pouco férteis, como é o caso dos solos florestais, pode ser aliviado em termos de detalhe em profundidade por uma amostragem a uma altura única de 18cm mas deve, contudo, ser efectuada estrategicamente, dado que a localização dos pontos de amostragem revela ter significativa influência nos resultados obtidos.

Determinação de propriedades físicas de diferentes materiais para discos e pastilhas de freio e relação destas propriedades com ruído

Este trabalho visou a determinação experimental de propriedades físicas básicas de materiais para pastilhas e discos de freio de diferentes composições químicas. Posteriormente, estas propriedades foram correlacionadas com resultados de avaliação de ruído de freio dos respectivos materiais. As propriedades físicas determinadas para os materiais de pastilhas de freio foram: dureza, densidade, porosidade, compressibilidade a frio, compressibilidade a quente, transmissão térmica, resistência à compressão, resistência à tração, resistência interna ao cisalhamento, módulo de elasticidade, freqüências de ressonância, índice de amortecimento, coeficiente de atrito em diferentes condições de frenagem, e taxas de desgaste. Medições incluem verificações do efeito do aumento da temperatura na variação de algumas das propriedades citadas. A avaliação de ruído de freio gerado com uso das diferentes composições de materiais foi realizada através do uso de um sistema de freio padrão, e o ensaio executado em um dinamômetro tipo inercial dotado de recursos como câmara para isolamento acústico de ruído externo e sistema de aquisição de sinais para monitoramento dos parâmetros de frenagem: tempo, torque, pressão, temperatura e espectro de ruído gerado em escala de tempo e freqüência. Os materiais de pastilhas de freios incluídos nesta verificação experimental foram selecionados de seis aplicações bastante distintas, como por exemplo: materiais para pastilhas de freio traseiro de veículos de passeio, pastilhas para freio dianteiro de veículos de passeio, pastilhas para caminhonetes, pastilhas para caminhões leves e microônibus Além da composição química bastante distinta, estudos da influência da alteração de parâmetros de processo de fabricação nas propriedades físicas do material de atrito foram considerados. Para a avaliação do efeito da variação de composição de materiais de discos de freio na geração de ruído, cinco diferentes tipos de discos foram selecionados. Dentre estas versões estão incluídas: a liga de ferro fundido cinzento do material tipo original do sistema de freio a disco padrão, uma versão de ferro fundido cinzento de baixo custo comprada no mercado de autopeças de reposição, um ferro fundido cinzento com alto de teor de carbono, um ferro fundido cinzento com adição de titânio como elemento de liga, e, finalmente, um ferro fundido vermicular. Propriedades físicas dos materiais de discos de freio não foram tão amplamente avaliadas como no caso dos materiais de pastilhas, mesmo assim dados de dureza, densidade, resistência à tração, índice de amortecimento e freqüências fundamentais de ressonância foram determinados para os diferentes materiais.Ao final do trabalho, foram definidas correlações entre ruído de freio e propriedades físicas dos materiais de pastilhas de freio que indicam que o material de atrito da pastilha é mais propenso a apresentar ruído quando: menos poroso, com maior resistência mecânica, maior módulo de elasticidade, maior dureza (valores mais baixos de dureza Gogan), e maior coeficiente de atrito. Também foram detectadas alterações significativas no comportamento de ruído com uso de diferentes materiais de discos de freio, mas não foram estabelecidas correlações conclusivas entre as propriedades dos discos de freio e sua propensão a ruído devido ao baixo número de versões avaliadas.

Equações fundamentais da termodinâmica

Apresenta as equações fundamentais da termodinâmica, considerando escoamento unidirecional, onde se conhecem as propriedades cinéticas e dinâmicas do fluido. Apresenta a lei da conservação de massa, expressa pela equação da continuidade e a equação de conservação de energia. Demonstra a aplicação das equações de balanço de massa e energia para bocais, processos de estrangulamento, turbinas, compressores e ejetores. Apresenta equações de eficiência para turbinas e compressores.

Propriedades física de molécilas orgânicas e compostos do tipo perovskita CdSiO3 e CaPbO3

In the first part of this work our concern was to investigate the thermal effects in organic crystals using the theory of the polarons. To analyse such effect, we used the Fröhlich s Hamiltonian, that describes the dynamics of the polarons, using a treatment based on the quantum mechanics, to elucidate the electron-phonon interaction. Many are the forms to analyzing the polaronic phenomenon. However, the measure of the dielectric function can supply important information about the small polarons hopping process. Besides, the dielectric function measures the answer to an applied external electric field, and it is an important tool for the understanding of the many-body effects in the normal state of a polaronic system. We calculate the dielectric function and its dependence on temperature using the Hartree-Fock decoupling method. The dieletric function s dependence on the temperature is depicted by through a 3D graph. We also analyzed the so called Arrhenius resistivity, as a functionof the temperature, which is an important tool to characterize the conductivity of an organic molecule. In the second part we analyzed two perovskita type crystalline oxides, namely the cadmium silicate triclinic (CdSiO3) and the calcium plumbate orthorhombic (CaPbO3), respectively. These materials are normally denominated ABO3 and they have been especially investigated for displaying ferroelectric, piezoelectric, dielectrics, semiconductors and superconductors properties. We found our results through ab initio method within the functional density theory (DFT) in the GGA-PBE and LDA-CAPZ approximations. After the geometry optimization for the two structure using the in two approximations, we found the structure parameters and compared them with the experimental data. We still determined further the angles of connection for the two analyzed cases. Soon after the convergence of the energy, we determined their band structures, fundamental information to characterize the nature of the material, as well as their dielectrics functions, optical absorption, partial density of states and effective masses of electrons and holes

Teorias do agrupamento sonoro: propriedades e condições de existência de elementos sonoros temporalmente discrimináveis e o essencialismo na construção de conceitos da teoria musical

Pós-graduação em Música - IA

Avaliação técnica e socioeconômica da cultura da uva para mesa em pequenas propriedades rurais da Regional de Jales (SP)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)