Estudo de diodos PIN fabricados em substratos SOI operando como células solares

Abstract

O trabalho apresentado demonstra o uso de diodos PIN fabricados no substrato de lâminas de tecnologia SOI, operando como células solares, visando à conversão de energia solar em eletricidade. A implementação de tais dispositivos no substrato das lâminas tem como objetivo a construção de sistemas autônomos, em que os diodos PIN possam prover energia suficiente para os circuitos na parte ativa da lâmina. O foco da pesquisa atual sobre o dispositivo acima mencionado consiste na relação do comprimento de sua região com dopagem intrínseca com os resultados em termos de rendimento e fator de forma, dados fundamentais na caracterização de uma célula solar. A célula apresentada aqui demonstra resultados com rendimento variando entre 7 e 8% e fator de forma com média da ordem de 80%. A princípio foram utilizados dispositivos PIN sem porta e foram feitas simulações com a ferramenta Sentaurus com fonte de luz monocromática e um espectro solar completo em seguida. Na sequência, foi implementada uma porta à estrutura do dispositivo e aplicada, a esta, diferentes polarizações (0 e 5 V) para comparar seus resultados aos dos dispositivos sem porta. Por fim, foram consideradas diferentes temperaturas de operação, visando obter resultados mais próximos das situações reais de funcionamento.

This work demonstrates the use of PIN diodes fabricated in the substrate of SOI wafers, operating as solar cells in the conversion of solar energy into electricity. The implementation of such devices is the substrate of the wafers aims at the confection of autonomous systems where PIN diodes provide enough energy to the circuits on the active silicon layer. The research focuses on the relation between the device intrinsic length and what it provides in terms of efficiency and fill factor, fundamental parameters for the solar cell characterization. The studied cell have shown efficiency of about 7% to 8% and fill factor with average about 80%. Originally, ungated PIN devices have been considered in Sentaurus simulations with a monochromatic light source and a complete solar spectrum afterwards. In the sequence, a gate has been implemented on the device, considering different biases (0V and 5V) in order to compare itself with the ungated diodes ones. Lastly, different operation temperatures have been applied into simulations, aiming to achieve results closer to real operation conditions.