Orientador: Luiz Carlos da Silva Filho / Banca: Kleber Thiago de Oliveira / Banca: Fabio Gorzoni Doro / Banca: Valdecir Farias Ximenes / Banca: Manoel Lima de Menezes / Resumo: A demanda por fontes de energias renováveis já é uma necessidade mundial, pois, o crescimento populacional e industrial trouxe concomitantemente um aumento no consumo de energia. Infelizmente, a matriz energética dos países que estão em pleno desenvolvimento se baseia na queima de combustíveis fósseis, o que traz sérios problemas ambientais e para a saúde da população. Tendo em vista esta necessidade, este trabalho retrata o estudo sobre o uso do pentacloreto de nióbio (NbCl5) como ácido de Lewis em reações multicomponentes para a síntese de compostos derivados de cumarinas e xantenos, compostos com potencial aplicação como corantes sensibilizadores em dispositivos fotovoltaicos. Os compostos de interesse foram obtidos através dos reagentes de partida: 4-hidróxicumarina, derivados fenólicos 3,5-dimetóxifenol e 3,4,5-trimetóxifenol, aldeídos aromáticos e 1,3-ciclo-hexanodiona. Foram estudadas as condições reacionais (% NbCl5, solvente utilizado e tempo reacional) para se estabelecer protocólos de síntese para a formação dos produtos de interesse na presença do pentacloreto de nióbio. O pentacloreto de nióbio demonstrou ser capaz de promover as reações estudadas neste trabalho. Esta nova possibilidade de obtenção destes compostos é de fundamental importância, pois, estes compostos possuem um leque muito amplo de aplicações, das quais algumas foram citadas neste trabalho. / Abstract: The demand for renewable energy sources is already a worldwide need, because, the population and industrial growth concurrently brought an increase in energy consumption. Unfortunately, the energy matrix of the countries that are in full development is based on burning fossil fuels, which causes serious environmental problems and the health of the population. In view of this need, this work shows that the study about the use of niobium pentachloride (NbCl5) as Lewis acid in multicomponent reactions for the synthesis of coumarin and xanthene derivatives of compounds with potential application as sensitizing dyes in photovoltaic devices. These compounds were obtained from the starting materials: 4-hydroxycoumarin, phenolic derivatives (3,5-dimethoxyphenol and 3,4,5-trimethoxyfenol, aromatic aldehydes and 1,3-cyclohexanedione. The reaction conditions (% NbCl5, solvent and reaction time) to establish protocols synthesis for the formation of the products in the presence of niobium pentachloride were studied.Niobium pentachloride has been shown to be capable of promoting the reactions studied in this work. This new method of obtaining these compounds is of fundamental importance, considering that these compounds have a wide range of applications, some of which have been cited in this work / Doutor

Orientador: Carlos Frederico e Oliveira Graeff / Banca: André Sarto Polo / Banca: Fenelon Martinho Lima Pontes / Banca: Francisco das Chagas Marques / Banca: José Humberto Dias da Silva / Resumo: Este projeto consiste na produção e estudo das propriedades de novos materiais para a otimização de células solares sensibilizadas por corante (DSSC) baseadas em filmes de TiO2 nanoestruturado e corantes da família do N3. A pesquisa foi focada no estudo e na otimização de novos contra elétrodos baseados em CuS e CoS nanoestruturados, os quais apresentam grande interesse no setor de pesquisa e desenvolvimento industrial, pelas suas promissoras características eletrocatalíticas e pelos seus baixos custos. Além da obtenção das nanopartículas de CuS e CoS pela técnica hidrotermal assistida por micro-ondas, um grande esforço foi feito a fim de obter tintas precursoras ideais para a deposição dos filmes de CuS e CoS pela técnica de screen-printing, compatível com as modernas linhas de produção industriais. Portanto, foram desenvolvidos e otimizados métodos simples, rápidos e de baixo custo para obter filmes finos dos materiais estudados. Em particular tivemos um grande sucesso utilizando a estratégia do precursor químico dissolvido em solventes. Na primeira aplicação deste método, um precursor químico (Co(II) dietilditiocarbamato) foi utilizado em tintas à base de CH2Cl2. Foram obtidos elétrodos de CoS nanocristalinos e de alta eficiência. Todavia o uso do solvente orgânico clorado não é muito apropriado para grandes superfícies. Portanto, desenvolvemos um método baseado num precursor químico do CoS hidrossolúvel e de baixa toxidade. Com este método aprimorado foram obtidos bons re... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This project consists of the production and study of new materials for the optimization of dye-sensitized solar cells (DSSC) based on nanostructured TiO2. The research was focused on the design and optimization of new counter electrodes based on CuS and CoS nanoparticles, which are very interesting in the research and development of DSSC, due to their promising electrochemical characteristics and for their lower costs. Along with the hydrothermal technique assisted by microwave, a great effort was made to obtain optimum precursor inks for deposition of CuS and CoS films by screen-printing technique, compatible with modern industrial production lines. Hereby facile, inexpensive and rapid methods for thin films have been developed and optimized for the deposition of CuS and CoS layers. In particular, we developed a chemical precursor process using solvent-based inks. In the first application of this approach, a chemical precursor CoS (Co (II) diethyldithiocarbamate) was used in CH2Cl2. Nanocrystalline CoS electrodes and high efficiency have been obtained, however the use of chlorinated organic solvent is not very suitable for large surfaces. Therefore, we developed a method based on a water-soluble (WS) chemical precursor. Good results have been obtained, in terms of stability and efficiency, with the WS precursor. The counter electrode developed with our methods were tested with alternative redox pairs such as Co2+/Co3+ and ferrocene. Such an application of CuS and CoS electro... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Clarissa de Almeida Olivati / Banca: Roberto mendonça Faria / Banca: Henrique de Santana / Banca: Marystela Ferreira / Resumo: Células solares poliméricas atraem grande interesse nessa área de pesquisa, devido ao baixo custo, processo de fabricação de grandes áreas, materiais de manuseio leves e a possibilidade de sua fabricação por diversas técnicas. Para uma boa eficiência dos dispositivos fotovoltaicos, a camada ativa deve conter uma boa absorção da luz solar. Em termos de bandgap, isto quer dizer que quanto menor o bandgap maior o fluxo de fótons absorvidos. Uma maneira de realizar isto com os materiais poliméricos é a síntese de um polímero no qual o bandgap óptico tem a capacidade de aumentar a captura da luz solar, os chamados polímeros low-bandgap. A organização estrutural da camada ativa possui um papel importante na performance de dispositivos, inclusive dos fotovoltaicos, e a técnica Langmuir-Schaefer (LS) proporciona a capacidade de fabricar filmes nanoestruturados e com controle de espessura, podendo servir de base para construção de melhores dispositivos. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi sintetizar polímeros low-bandgap e, posteriormente fabricar e caracterizar filmes LS destes polímeros e de suas blendas com um derivado de fulereno, o PCBM, para a aplicação dos mesmos como camada ativa de células solares. Foram fabricados filmes LS dos polímeros e de suas misturas com PCBM e realizadas medidas de caracterização. Estes filmes foram caracterizados por meio de medidas elétricas (corrente vs. Tensão, espectroscopia de impedância e voltametria cíclica), morfológica (micr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Polymeric solar cells attract great interest in this area of research due to the potential low cost, large area fabrication process, lightweight physical feature and the possibility of fabricating these cells by several techniques. To achieve good efficiency in the photovoltaic devices the active layer must have an efficient absorption of sunlight. In terms of bandgap, this means that the smaller the bandgap the greater the flux of photons absorbed. One way to accomplish this, with the polymeric materials, is the synthesis of a polymer in which the optical bandgap has the ability to increase the capture of sunlight, the so-called low-bandgap polymers. The structural organization of the active layer plays an important role in the performance of devices, including in photovoltaic devices, and the Langmuir-Schaefer (LS) technique provides the ability to manufacture nanostructured films with thickness control, which can serve as a basis for building better devices. In this context, the aim of this work was to synthesize low-bandgap polymers for later manufacturing and characterization of LS films of these polymers and their blends with a fullerene derivative, PCBM, and test them as active layer of solar cells. LS films of such polymers and their blends with PCBM were made and characterization measurements were performed. These films were characterized by electrical (current vs. voltage, impedance spectroscopy and cyclic voltammetry), morphology (atomic force microscopy) and optic... (Complete abstract click electronic access below) / Résumé: Les cellules solaires polymériques attirent un grand intérêt dans ce domaine de recherche, en raison du faible coût, du procédé de fabrication de grandes surfaces, des matériaux de manutention légers et de la possibilité de leur fabrication par diverses techniques. Pour une bonne efficacité des dispositifs photovoltaïques, la couche active doit contenir une bonne absorption de la lumière du soleil. En termes de bandgap,cela signifie que plus le bandgap est petit, plus le flux de photons absorbés est grand. Une manière d'accomplir ceci avec les matériaux polymères est la synthèse d'un copolymère alterné dans lequel le bandgap optique est diminué, ce que l'on appelle des polymères low-bandgap. L'organisation structurelle de la couche active joue un rôle important dans la performance des dispositifs, y compris les dispositifs photovoltaïques, et la technique Langmuir-Schaefer (LS) permet de fabriquer des films nanostructurés avec contrôle de l'épaisseur, qui peuvent servir de base pour construire de meilleurs dispositifs. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail était de synthétiser des polymères low-bandgap et ensuite de fabriquer et caractériser des films LS de ces polymères et leurs mélanges avec un dérivé de fullerène, le PCBM, pour leur application en tant que couche active de cellules solaires. Les films LS des polymères et leurs mélanges avec PCBM ont été fabriqués et des mesures de caractérisation ont été effectuées. Ces films ont été caractérisés par des mesures élect... (Résumé complet accès életronique ci-dessous) / Doutor

SAMPAIO, S. G. Estudo e caracterização de novos corantes naturais para aplicação em células solares sensibilizadas. 2014. 96 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-03T17:43:46Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_sgsampaio.pdf: 1706262 bytes, checksum: 9b40ac3c030adac051d00efc0407c648 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-05-07T19:26:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_sgsampaio.pdf: 1706262 bytes, checksum: 9b40ac3c030adac051d00efc0407c648 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-07T19:26:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_sgsampaio.pdf: 1706262 bytes, checksum: 9b40ac3c030adac051d00efc0407c648 (MD5) Previous issue date: 2014 / This paper presents a study and characterization of dyes with flowers of plants collected in the Northeast of Brazil, such as Sida cordifolia (malva branca), the Catharanthus roseus (boa noite), Torenia fournieri (amor-perfeito-de-verão), Alamanda cathartic (alamanda da flor grande) and Cobaea scandens (sino de catedral). Was studied and observed the influence of flavonoids in the sensitization of natural dyes by means of a prototype solar cell with conductive film with a glass of SnO2: F produced by spray pyrolysis. The conductive glass was obtained precursor solution (HCl/H2O) containing of tin II chloride dihydrate (SnCl2.2H2O), ammonium fluoride (NH4F) and a slide glass heated to 600 ° C. The solution was sprayed on the heated substrate. About conductive glass was deposited a layer of titanium dioxide (TiO2). The layer was obtained by dissolving in commercial TiO2 powder acetic acid (CH3CO2H) and Triton X. The electrolyte was a solution of iodine / triiodide into the intracellular regeneration cycle, the counter electrode was a layer made of graphite. The plants were treated with a by washing with deionized water, drying with heat gun and Silica Gel to absorb moisture. Were macerated and immersed in an organic solvent. After a few days, were concentrated in a rotary evaporator at a speed 160 rpm at room temperature for 40 minutes. This dye was applied on the TiO2 layer and then the cell was tested under sunlight. The values obtained were: Torenia fournieri, short-circuit current = 0.44 mA and open circuit voltage V = 0.16; Catharanthus roseus, short-circuit current = 0.43 mA = 0 and open-circuit voltage, 14 V, Sida cordifolia, short-circuit current = 0.22 mA and open circuit voltage V = 0.19; Allamanda cathartic, short-circuit current = 0.19 mA and open circuit voltage V = 0.12; Cobaea scandens, short-circuit current = 0.32 mA and open circuit voltage = 0.17 V. These results may provide more data for better understanding and use of new natural dyes in solar cells. / Este trabalho apresenta um estudo e caracterização de corantes com flores de plantas coletadas na região Nordeste do Brasil, tais como: a Sida cordifolia (malva branca), a Catharanthus roseus (boa noite) e a Torenia fournieri (amor-perfeito-de-verão), Allamanda catártica (alamanda da flor grande) e Cobaea scandens (sino de catedral). Foi estudado e observado a influência dos flavonoides na sensibilização dos corantes naturais por meio de um protótipo de célula fotovoltaica, com vidros condutores com um filme de SnO2:F produzidos por spray Pirólise. As plantas foram submetidas a um tratamento de lavagem. Foram maceradas e imersas em um solvente extrator. Após alguns dias, foram concentradas no rotaevaporador a uma velocidade 160 rpm em temperatura ambiente por 40 minutos. Este corante foi aplicado sobre uma camada de TiO2 e então a célula foi testada sob a luz solar. Os valores obtidos foram: Torenia fournieri, corrente de curto-circuito = 0,44 mA e tensão de circuito aberto = 0,16 V; Catharanthus roseus, corrente de curto-circuito = 0,43 mA e tensão de circuito aberto = 0,14 V; Sida cordifolia, corrente de curto-circuito = 0,22 mA e tensão de circuito aberto = 0,19 V; Allamanda catártica, corrente de curto-circuito = 0,19 mA e tensão de circuito aberto = 0,12V; Cobaea scandens, corrente de curto-circuito = 0,32 mA e tensão de circuito aberto = 0,17V. Estes resultados podem fornecer mais dados para melhor entendimento e uso de novos corantes naturais em células solares.

LIMA, P. A. Síntese e caracterização de complexos de rutênio para aplicação em células solares sensibilizadas por corante. 2012. 70 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2014-11-26T23:34:34Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_palima.pdf: 1750850 bytes, checksum: f0936c03fba536ccd27489c0db17e580 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2016-01-25T20:04:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_palima.pdf: 1750850 bytes, checksum: f0936c03fba536ccd27489c0db17e580 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T20:04:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_palima.pdf: 1750850 bytes, checksum: f0936c03fba536ccd27489c0db17e580 (MD5) Previous issue date: 2012 / Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) are devices capable of converting light into electricity. DSSCs are based on the absorption of light by a dye, which injects electrons into the conduction band of a semiconductor. This study aims to synthesize, characterize and employ as sensitizers the complexes [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi)], [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi-Cl)] and cis-[Ru(H2dcbpy)(bpy)(nic)Cl]PF6, where H2dcbpy and dcbpy are, respectively, 4,4’-dicarboxy-2,2’-bipyridine and its deprotonated form, bpy is 2,2’-bipyridine, bqdi is 1,2-benzoquinonediimine, bqdi-Cl is 4-chloro-1,2-benzoquinonediimine and nic is nicotinamide. The complexes were characterized by spectroscopic and electrochemical techniques. These complexes showed broad metal-to-ligand charge transfer (MLCT) absorptions bands at about 520 nm. 1H NMR spectra for the compounds with bqdi and bqdi-Cl showed peaks consistent with the respective oxidized form. Cyclic voltammetry showed a significant positive shift in redox potential for the RuIII/II redox couple in comparison to the starting material. The photovoltaic performances of the solar cells based on these complexes are under investigation. The results for the sensitizers [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi)] and [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi-Cl)] were not promising. On the other hand, the results for cis-[Ru(H2dcbpy)(bpy)(nic)Cl]PF6 revealed a short-circuit current density of 2.4 mA cm-2, an open-circuit voltage of 610 mV and a fill factor of 0.73 under standard AM 1.5 sunlight. These results were lower than that obtained to N3, but it shows that this complex needs further investigation. / Os objetivos deste trabalho foram sintetizar, caracterizar e empregar como corantes sensibilizadores os complexos [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi)], [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi-Cl)] e cis-[Ru(H2dcbpy)(bpy)(nic)Cl]PF6, em que H2dcbpy e dcbpy são, respectivamente, o ligante 4,4’-dicarboxi-2,2’-bipiridina e sua forma deprotonada, bpy é 2,2’-bipiridina, bqdi é 1,2-benzoquinonadiimina, bqdi-Cl é 4-cloro-1,2-benzoquinonadiimina e nic é nicotinamida. Os complexos sintetizados foram caracterizados por técnicas espectroscópicas e eletroquímica. Os espectros UV-vis apresentaram bandas na região do visível (aproximadamente 520 nm) atribuídas a transições do tipo MLCT com máximos diferentes do complexo de partida devido à modificação da esfera de coordenação. Os espectros vibracionais na região do infravermelho mostraram bandas características do composto de partida e dos ligantes. Os espectros de RMN 1H obtidos para os compostos com bqdi e bqdi-Cl mostraram sinais referentes aos prótons destes ligantes coordenados na forma oxidada. A voltametria cíclica mostrou processos relativos ao par redox RuIII/II positivamente deslocados em relação ao composto de partida, apresentando-se irreversíveis para os complexos contendo os ligantes bqdi e bqdi-Cl e quasi-reversível para o complexo de nicotinamida. Foram montadas DSSCs utilizando os complexos sintetizados como sensibilizadores. Para os complexos [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi)] e [Ru(dcbpy)(bpy)(bqdi-Cl)], observou-se que não houve conversão de luz em corrente elétrica. Para o complexo cis-[Ru(H2dcbpy)(bpy)(nic)Cl]PF6, verificou-se um potencial de circuito aberto de 610 mV, uma corrente de curto-circuito de 2,4 mA cm-2 e um fator de preenchimento de 0,73. Estes valores são inferiores aos obtidos para o corante N3 nas mesmas condições experimentais, mas são indicativos promissores que demonstram que este complexo deve ser melhor investigado como sensibilizador em Células Solares Sensibilizadas por Corante.

Made available in DSpace on 2013-10-11T13:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000451353-Texto+Completo-0.pdf: 20017308 bytes, checksum: 296ffb9862c776426e68e43169d40c26 (MD5) Previous issue date: 2013 / The goal of this thesis was the development and analysis of crystalline silicon solar cells processed by laser radiation. Solar cells with n+pp+ structure on p-type, CZ-Si solar grade substrate were developed, analysed, and evaluated, based on two laser processing techniques: laser-fired rear contacts (LFC) and laser ablation of the front surface silicon nitride by means of laser chemical processing (LPC) or using a mirror galvanometer laser system (SCA). The LFC method was employed to form the rear contacts of crystalline silicon solar cells after the deposition of an aluminium layer. The LCP and SOA methods were used to develop a silicon nitride ablation process. The laser ablation process was employed to open regions of the devices antireflection coating, followed by selective chemical deposition of Ni/Ag to form the front metal grid. The best laser processing parameters found for LFC solar cells were: 33. 0 A pumping lamp current, 20. 0 kHz q-switch frequency, and 0. 50 mm contact distance. LFC solar cells with screen printed front metallization and Si02 rear passivation layer achieved an average efficiency of 14. 4 % and best value of 15. 3 %, after an annealing step at 400 00 with a belt speed of 50 cm/min. lncreasing the rear aluminium layer thickness from 2 um to 4 um did not improve the performance of the devices significantly. The best laser processing parameters found for the silicon nitride laser ablation process based on the LCP technique were: 15. 3 uJ laser pulse energy, 16. 0 kHz q-switch frequency, and 100 mm/s processing speed. The best laser processing parameters found for the silicon nitride laser ablation process based on the SOA technique were: 5. 0 uJ laser pulse energy, 130. 0 kHz q-switch frequency, and 813 mm/s processing speed. Solar cells with silicon nitride laser ablation, front side metallization by Ni/Ag selective electrochemical deposition, and screen-printed rear side metallization achieved an average efficiency of 16. 1 % and best value of 16. 8 % for the LCP technique and an average efficiency of 16. 3 % and best value of 16. 6% for the SOA technique. / O objetivo desta tese foi o desenvolvimento e análise de células solares em substrato de silício cristalino com processamento por radiação laser. Células solares com estrutura n+pp+ em substrato de CZ-Si tipo p foram fabricadas, analisadas e comparadas, com base em duas técnicas de processamento laser: contatos posteriores formados por laser (CFL) e ablação do filme antirreflexo frontal de nitreto de silício por processamento químico com laser (PQL) ou por processamento com laser guiado por galvanômetro de espelhos (SCA). O método CFL foi utilizado na formação dos contatos posteriores de células solares, após a deposição de uma camada de alumínio. Os métodos PQL e SCA foram usados no desenvolvimento de um processo de ablação a laser do filme frontal de nitreto de silício. Trilhas foram abertas no filme antirreflexo e posteriormente metalizadas seletivamente por deposição química de níquel e prata, para formar a malha de metalização frontal. Os melhores parâmetros de processamento laser encontrados para células solares CFL foram: corrente da lâmpada de bombeamento óptico de 33,0 A, freqüência q-swttch de 20,0 kHz e distância entre contatos posteriores de 0,50 mm. Células solares CEL com metalização frontal por serigrafia e passivação posterior com SiO2 alcançaram uma eficiência média de 14,4 % e melhor valor de 15,3 %, após tratamento térmico a 400 °C com velocidade de esteira de 50 cm/min.O aumento da espessura da camada de alumínio posterior de 2 um para 4 um não resultou em melhora significativa da performance das células solares. Os melhores parâmetros de processamento encontrados para o processo de ablação a laser de nitreto de silício pela técnica PQL foram: energia do pulso laser de 15,3 uJ, frequência q-switch de 16,0 kHz e velocidade de processamento de 100 mm/s. Os melhores parâmetros de processamento encontrados para o processo de ablação a laser de nitreto de silicio pela técnica SCA foram: energia do pulso laser de 5,0 uJ, freqüência q-switch de 130,0 kHz e velocidade de processamento de 813 mm/s. Células solares com ablação a laser de nitreto de silicio, metalização frontal seletiva por deposição química de níquel e prata e metalização posterior por serigrafia atingiram a eficiência média de 16,1 % e o melhor valor de 16,8 % com a técnica PQL e a eficiência média de 16,3 % e melhor valor de 16,6 % com a técnica SCA.

Made available in DSpace on 2015-02-04T01:01:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465042-Texto+Completo-0.pdf: 1247743 bytes, checksum: b3674abb15c6f86607716451b781b2ce (MD5) Previous issue date: 2015 / The thin bifacial solar cells are a promising opportunity to reduce costs in manufacturing solar cells. These devices take advantage of solar radiation more efficiently by using the both sides of the solar cell to produce electricity. This study aimed to analyze the type of substrate, n and p, for the manufacture of thin bifacial solar cells with silicon substrate Czochralski (Cz-Si) with a thickness of 130 μm. The wafers, provided by the company Meyer Burger, were obtained by wire cutting process. The evaluation of the influence of texture processing time on the wafer, the diffusion/firing temperature optimization of metallic pastes deposited by screen printing and finally the comparison of the electrical parameters of solar cells with those from thin bifacial manufactured devices obtained by etching were performed. From a standard process of NT-Solar texture etch, two immersion times were tested, 50 min and 60 min, and the former showed the lowest weighted average reflectance and devices with higher short circuit density. The diffusion/firing of Ag and Al metallic pastes have been optimized considering the thermal processing temperature in the range between 850 ° C and 890 ° C. It was observed that the highest average efficiency were between 860 ° C and 870 ° C. The best performance were observed in the cells fabricated with phosphorous emitter in front and boron rear side, i. e., the structure n+np+ and n+pp+, and the efficiencies in front side was 12. 8% and 13. 6%, respectively and in the rear side 10. 4 % and 9. 0 %, respectively. By comparing these results with solar cells obtained by similar processes using chemical thinned wafers, the n+np+ structure had 1 % lower efficiency and the n+pp+ one presented similar efficiency values. Regarding the type of substrate, it can be concluded that the solar cells fabricated with the n-type substrate showed higher bifaciality, but the most efficient was manufactured with p-type silicon. / As células solares bifaciais finas representam uma oportunidade promissora para reduzir os custos na fabricação de células solares ao aproveitar a radiação solar de maneira mais eficiente utilizando as duas faces do dispositivo para produzir energia elétrica. Este trabalho teve como objetivo a análise do tipo de base, n e p, para fabricação de células solares bifaciais finas com substrato de silício Czochralski (Si- Cz) com espessura da ordem de 130 μm obtidas após processo de corte a fios e fornecidas pela empresa Meyer Burguer. Foi realizada a avaliação da influência do tempo de processo de texturação, a otimização da temperatura de queima/difusão das pastas metálicas depositadas por serigrafia e, por fim, a comparação dos parâmetros elétricos das células solares com os obtidos em dispositivos bifaciais fabricados em lâminas finas obtidas por ataque químico. A partir de um processo de texturação padrão do NT-Solar dois tempos de imersão foram testados, 50 min e 60 min, sendo que o primeiro produziu a menor refletância média ponderada e os dispositivos com maior densidade de corrente de curto-circuito. A queima das pastas metálicas de Ag e Al foi otimizada considerando a temperatura do processo térmico no intervalo entre 850 °C e 890 °C. Observou-se que a maior eficiência média se encontra entre 860 °C e 870 °C. As células solares mais eficientes foram as fabricadas com a região frontal dopada com fósforo e a posterior dopada com boro, isto é, as estruturas n+np+ e n+pp+ com eficiências frontal de 12,8 % e 13,6 %, respectivamente, e eficiência posterior de 10,4 % e 9,0 %, respectivamente. Ao comparar estes resultados com células solares obtidas por processos similares e fabricadas com lâminas de outros fabricantes a estrutura n+np+ apresentou eficiência 1 % menor e a estrutura n+pp+ apresentou valores similares. Quanto ao tipo de substrato, as células solares fabricadas com o tipo n apresentaram melhor bifacialidade, mas as mais eficientes foram as fabricadas com silício tipo p.

Made available in DSpace on 2015-02-13T01:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465177-Texto+Completo-0.pdf: 2199385 bytes, checksum: 7e39de6eac33d2dfd74591983c10103d (MD5) Previous issue date: 2015 / This work was focused on the development of silicon solar cells with laser fired contacts and rear face passivation. Several processes were developed based on two different p-type silicon substrates. The objective was to develop a solar cell manufacturing process with laser fired contacts and aluminum deposited by evaporation, as well as to assess the rear passivation. In Si-Cz wafers, the phosphorus diffusion was performed at 865 °C. From the power and the frequency experimental optimization in Si-Cz wafers, it was found that the efficiency of 13. 1 % was obtained with 15 W of power and 80 kHz of frequency. The efficiency of 14. 5 % was achieved from the annealing temperature of 350 °C and belt speed of 66 cm/min. The experimental optimization of the distance between the dots and the contact area of the dots resulted on 14. 1 % efficiency, for the distance between dots of 0. 5 mm and the dot area contact of 7230 μm2. For the PV-Si-FZ substract, with the best diffusion temperature of 875 °C, the efficiency of 14. 0 % was obtained. It was found that the efficiency for Si-Cz and Si-FZ solar cell was similar, due to the low minority charge carrier lifetime. The deposition of a TiO2 film on the rear side resulted in an increase of the fill factor and efficiency, however the increase of the silicon oxide layer reduced the efficiency of the devices. / Neste trabalho foram desenvolvidas células solares de silício com contatos formados por radiação laser e passivação na face posterior. Para isso, foram desenvolvidos processos para produção de células solares a partir de lâminas de silício tipo p de dois tipos diferentes de substrato. O objetivo foi desenvolver um processo de fabricação de células solares com contato e difusão posterior formado em pontos por radiação laser e alumínio depositado por evaporação bem como avaliar a passivação na face posterior. Em lâminas de Si-Cz, a difusão de fósforo foi realizada a 865 °C. Da otimização experimental da potência e da frequência do sistema laser em lâminas de Si-Cz, constatou-se que a eficiência de 13,1 % foi obtida com a potência de 15 W e frequência de 80 kHz. Obteve-se a eficiência de 14,5 % para a temperatura de recozimento 350 °C e a velocidade de esteira de 66 cm/min. A otimização experimental da distância entre pontos e da área dos pontos de contato, resultou na eficiência de 14,1 %, para a distância entre pontos de 0,5 mm e área dos pontos de contato de 7230 μm2. Para substratos de PV-Si-FZ, a melhor temperatura de difusão de fósforo foi de 875 °C e obteve-se a eficiência de 14,0 %. Constatou-se que a eficiência foi similar para células solares processadas em lâminas de Si-Cz e PV-Si-FZ, devido o baixo tempo de vida dos portadores de carga minoritários. A deposição de um filme de TiO2 na face posterior resultou em um aumento no fator de forma e da eficiência, porém o aumento da camada de óxido de silício reduziu a eficiência dos dispositivos.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000446087-Texto+Completo-0.pdf: 2601196 bytes, checksum: 9b517c13bef691d2323945d0aa6cf768 (MD5) Previous issue date: 2013 / The goal of this work was to develop solar cells with aluminum back surface field by using the aluminum paste PV 381. Specifically, the influence of the metallization process on the rear was evaluated, the firing temperature of the metallization pastes and diffusion of Al was experimentally optimized, solar cells with phosphorus diffusied on the front face and on both sides were compared, the effect of passivation in the region of the back surface field and the surface density of the Al paste deposited on the back surface field were evaluated. Cells processed with phosphorus diffusion on both sides and rear metallization with busbars deposited before the deposition of the paste Al on all surface with exception of the regions with the busbars presented the best results. The best cell with an efficiency of 13. 6 % was processed with temperature for drying the paste of Ag and Al of 300 ° C and 270 ° C respectively. The belt speed during the firing of the pastes affects slightly the efficiency of the devices. The initial minority carrier lifetime increased of 30 μs to 120 μs, after diffusion of phosphorus and remained at the value of about 200 μs after drying and firing the three metallization pastes. For solar cells with only diffusion of phosphorus on the front face, the silicon dioxide passivation on rear face reduced the efficiency. The best average efficiency of 15 % was obtained with aluminum diffusion/firing at 840 °C and 870 °C in devices with two layers of Al paste. Electrical parameters of the best solar cell were: Voc = 592 mV, Jsc = 33. 5 mA/cm2, FF = 0. 76 and efficiency of the 15. 1 %. In this case, the average minority carrier diffusion length was of 1280 μm. / O objetivo deste trabalho foi desenvolver células solares com campo retrodifusor de alumínio, a partir da pasta de alumínio PV 381. Especificamente, avaliou-se a influência da metalização na face posterior, otimizou-se experimentalmente a temperatura de queima das pastas de metalização e da difusão de Al, compararam-se células solares com difusão de fósforo na face frontal e em ambas as faces, avaliou-se a influência da passivação na região do campo retrodifusor e da densidade superficial da pasta de Al que forma o campo retrodifusor. As células processadas com difusão de fósforo em ambas as faces e metalização posterior com barras coletoras depositadas antes da pasta de Al depositada em toda a superfície com exceção das regiões com as barras coletoras apresentaram os melhores resultados. A melhor célula, com eficiência de 13,6 %, foi processada com a temperatura para a secagem da pasta de Ag e de Al de 300 °C e de 270 °C, respectivamente. Constatou-se que a velocidade da esteira nos processos de queima das pastas metálicas praticamente não afetou a eficiência dos dispositivos. O tempo de vida dos portadores de carga minoritários inicial de 30 μs aumentou para 120 μs, após a difusão de fósforo e permaneceu com o valor de aproximadamente 200 μs após a secagem e queima das três pastas metálicas. Para células solares com difusão de fósforo somente na face frontal, a passivação com dióxido de silício na face posterior piorou a eficiência. A melhor eficiência média, de 15 %, foi obtida com a temperatura de queima/difusão de 840 °C e 870 °C, em dispositivos com duas camadas de pasta de Al. Os parâmetros elétricos da melhor célula solar foram: Voc = 592 mV, Jsc = 33,5 mA/cm2, FF = 0,76 e eficiência de 15,1 %. Neste caso, o comprimento de difusão dos portadores de carga minoritários médio foi de 1280 μm.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000384224-Texto+Completo-0.pdf: 10046460 bytes, checksum: 1e0f6b329140d03ad3c7c7a4f67be55e (MD5) Previous issue date: 2006 / The direct conversion of solar energy into electric power using solar cells have been taking place to solve problems related to energy demand. High efficiency industrial solar cells made on silicon wafer have n+pp+ structure and they can be used as bifacial cells when bulk lifetime is high. This way, with the same material, cells can produce higher power when it is associated to PV concentrators. The aim of this work was to implement and optimize a process to fabricate bifacial solar cells by using rapid thermal furnaces and screen-printing. We have optimized, by simulation, devices of 4 cm2 with different surface dopant concentration and junction depth taking into account the surface recombination velocity and the series resistance. We found out that efficiencies of around 15,6 % and 15,5 % can be obtained for n+ and p+ illumination, respectively. Phosphorous and boron were carried out in a only rapid thermal step. The parameters of best thermal step were investigated by using sheet resistance and minority carrier lifetime measurements. The optimum thermal step has to be made at peak temperature of 850 °C during 1 minute resulting in sheet resistance of 35 Ω/߷ and minority carrier lifetime of 80 μs. Screen-printing was implemented and firing parameters were optimized. Best efficiencies have been achieved when pastes were dried at 150 °C for one minute of processing and fired at 950 °C during one minute too. Although the metal deposition was optimized, high series resistance has been observed in I-V characteristics of the solar cells that we attribute to contact resistance. Best device reached efficiency of 10,2 % (JSC of 30,3 mA/cm2) for n+ illumination and 2,4 % for p+ illumination. / A conversão direta de energia solar em eletricidade utilizando células solares vem se destacando como uma das alternativas para solucionar os problemas atuais e futuros da demanda energética. Células solares industriais de alta eficiência fabricadas sobre lâminas de silício com a estrutura n+pp+ podem ser bifaciais quando o tempo de vida dos portadores minoritários no volume é elevado. Desta forma, com a mesma quantidade de material, a célula pode produzir mais potência elétrica, principalmente quando associadas a concentradores fotovoltaicos. O objetivo deste trabalho foi implementar e otimizar um processo para fabricação de células solares bifaciais utilizando fornos de processamento térmico rápido e metalização serigráfica. Foram otimizados, por meio de simulação, dispositivos de 4 cm² com diferentes concentrações de dopante em superfície e profundidades de junção, levando em consideração a velocidade de recombinação em superfície e a resistência série. Foram obtidas eficiências de 15,6 % e 15,5 % para iluminação nas faces n+ e p+, respectivamente. O fósforo e o boro foram difundidos em um único passo térmico. Os melhores parâmetros térmicos (tempo, temperatura e gases) foram investigados por meio da medida da resistência de folha e do tempo de vida dos portadores minoritários. O passo térmico ótimo deve ser realizado à temperatura de 850 °C durante 1 minuto, resultando na resistência de folha de 35 Ω⁄□ e tempo de vida dos portadores minoritários de 80 μs. A serigrafia foi implementada e os parâmetros de recozimento das pastas foram otimizados. As melhores eficiências foram alcançadas quando as pastas foram secas a 150 °C durante um minuto de VIII processamento e recozidas a 950 °C também durante um minuto. Embora a deposição do metal tenha sido otimizada, altas resistências série foram observadas nas características I-V das células solares, que são atribuídas à resistência de contato. O melhor dispositivo apresentou a eficiência de 10,2 % (JSC de 30,3 mA/cm2) para iluminação pela face n+ e de 2,4 % pela face p+.