abstract: There has been recent interest in demonstrating solar cells which approach the detailed-balance or thermodynamic efficiency limit in order to establish a model system for which mass-produced solar cells can be designed. Polycrystalline CdS/CdTe heterostructures are currently one of many competing solar cell material systems. Despite being polycrystalline, efficiencies up to 21 % have been demonstrated by the company First Solar. However, this efficiency is still far from the detailed-balance limit of 32.1 % for CdTe. This work explores the use of monocrystalline CdTe/MgCdTe and ZnTe/CdTe/MgCdTe double heterostructures (DHs) grown on (001) InSb substrates by molecular beam epitaxy (MBE) for photovoltaic applications. Undoped CdTe/MgCdTe DHs are first grown in order to determine the material quality of the CdTe epilayer and to optimize the growth conditions. DH samples show strong photoluminescence with over double the intensity as that of a GaAs/AlGaAs DH with an identical layer structure. Time-resolved photoluminescence of the CdTe/MgCdTe DH gives a carrier lifetime of up to 179 ns for a 2 µm thick CdTe layer, which is more than one order of magnitude longer than that of polycrystalline CdTe films. MgCdTe barrier layers are found to be effective at confining photogenerated carriers and have a relatively low interface recombination velocity of 461 cm/s. The optimal growth temperature and Cd/Te flux ratio is determined to be 265 °C and 1.5, respectively. Monocrystalline ZnTe/CdTe/MgCdTe P-n-N DH solar cells are designed, grown, processed into solar cell devices, and characterized. A maximum efficiency of 6.11 % is demonstrated for samples without an anti-reflection coating. The low efficiency is mainly due to the low open-circuit voltage (V_oc), which is attributed to high dark current caused by interface recombination at the ZnTe/CdTe interface. Low-temperature measurements show a linear increase in V_oc with decreasing temperature down to 77 K, which suggests that the room-temperature operation is limited by non-radiative recombination. An open-circuit voltage of 1.22 V and an efficiency of 8.46 % is demonstrated at 77 K. It is expected that a coherently strained MgCdTe/CdTe/MgCdTe DH solar cell design will produce higher efficiency and V_oc compared to the ZnTe/CdTe/MgCdTe design with relaxed ZnTe layer. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2014

O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de nanocompósitos de silício poroso/azul de metileno (PS/MB) utilizando-se substratos de silício macroporoso e mesoporoso para sua aplicação no monitoramento de gases orgânicos. Foram estudados processos de formação de PS/MB usando PS macroporoso e controlando o pH da solução. Os resultados obtidos indicam que a acidez da solução compromete a adsorção eficiente das moléculas de MB, sendo necessário a utilização de uma solução tampão para elevar o nível do pH. A necessidade de controlar o nível de pH da solução deve-se principalmente à característica ácida da superfície de PS recém formada, já que a superfície está constituída principalmente de ligações do tipo Si-Hx que são altamente hidrofóbicas. Os resultados da emissão fotoluminescente (PL) das estruturas de PS/MB em substrato de PS oxidado mostraram que a intensidade de emissão PL das moléculas de MB é mais intensa se comparada com a emissão das moléculas de MB em solução aquosa de baixa concentração. Esse resultado evidencia que a interação entre os elétrons p e a superfície do filme de PS otimiza a recombinação radiativa, minimizando possíveis caminhos não radiativos do estado excitado da molécula de MB. Adicionalmente, o resultado mostrou que as moléculas de MB adsorvidas sobre substratos de PS oxidados preservam suas características moleculares, atuando em forma monomérica. No caso de moléculas MB adsorvidas em substratos de PS não oxidados, os espectros de emissão PL mostraram que as moléculas de MB perderam sua identidade molecular formando, possivelmente, complexos na superfície do PS. Os resultados dos ensaios de adsorção das moléculas de MB em substratos de silício mesoporoso demonstraram ser mais eficientes quando o solvente utilizado foi o etanol, em condição de pH neutro. A monitoração de ambientes de vapores orgânicos foi efetuada através da resposta PL de uma estrutura de silício mesoporoso oxidado com moléculas de MB adsorvidas (Ox- PS/MB). Os resultados da emissão PL da estrutura Ox-PS/MB para os diferentes ambientes orgânicos apresentaram sinais de PL característicos para cada tipo de gás. Esses resultados mostraram o grande potencial de aplicação da estrutura Ox- PS/MB em um sistema de nariz óptico. / The objective of the present work is the porous silicon/methylene-blue (PS/MB) nanocomposite fabrication by using the macro-porous and mesoporous silicon substrate in order to be applied for organic solvent detection. The PS/MB formation process was studied PS/MB by using the macroporous silicon substrate by the pH value controlling of the solution moieties. The results showed that the acid condition of the solution compromises the efficiency of the MB adsorption wherever it was necessary to use the buffer in order to control the pH level of the solution. This additional process was a necessary condition because the fresh PS surface had had acid feature because the surface moieties at fresh PS are formed for the highly hydrophobic Si-Hx bonds. The PL spectra results from the PS/MB formed at oxidized PS substrate showed that the PL emission from the adsorbed MB molecules is more intense than the emission from the MB molecules in low concentrated solution. These results suggest that the PS surface and electrons p (in the MB) interaction minimizes the non-radioactive path for the excited state recombination of the MB molecules. Additionally this result showed that the adsorbed MB molecules preserved their molecular identity aging as a monomer moiety. In the case of the MB adsorbed at non-oxidized PS substrate, the PL spectra showed that the MB molecules lost their identity forming possible complex moieties at PS surface. The experimental results of the MB adsorption at the mesoporous silicon surface showed to be more efficient when the solution was ethanol at neutral pH value. The organic vapor ambient monitoring was made throughout the PL emission response of the Ox-PS/MB structure. These results showed that the PL emission had had the characteristic feature for each type of gas used in the experiment. These results showed the high potential application of the Ox-PS/MB structure in the optical nose system.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-01-03T13:08:29Z No. of bitstreams: 1 DissFSC.pdf: 3416104 bytes, checksum: 8ad6353644ccdd0f0d768fbd0ed2324f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-16T16:14:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissFSC.pdf: 3416104 bytes, checksum: 8ad6353644ccdd0f0d768fbd0ed2324f (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2017-01-16T16:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissFSC.pdf: 3416104 bytes, checksum: 8ad6353644ccdd0f0d768fbd0ed2324f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-16T16:14:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissFSC.pdf: 3416104 bytes, checksum: 8ad6353644ccdd0f0d768fbd0ed2324f (MD5) Previous issue date: 2016-09-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Diluted nitride III-V semiconductor leagues have physical properties that make them interesting for applications on optoelectronic devices. The possibility to lattice matching GaAsPN with silicon makes this semiconductor interesting for studies. In this dissertation we investigated the optical and magneto optical properties of semiconductors nanostructures of the type GaP(N)/GaAsPN. Mesures of photoluminescence (PL), photoluminescence excitation (PLE) and magneto photoluminescence (Magneto-PL) under high fields (B≤ 15T) were performed in films of GaAsPN and multiple quantum wells (MQW) of GaAsPN/GaPN. We have studied localizations effects with measures of diamagnetic shift, stoke shift and the dependence of photoluminescence peak with temperature. We observed a negative diamagnetic shift for some samples, which is an anomalous effect in these systems. It was also seen a red shift of the PL peak when the MQW samples suffered a thermal treatment. Analyzing the spin polarization properties of this material, utilizing magneto photoluminescence resolved with circular polarization, we observed polarization of the samples as high as 30% on fields of 15T. / Ligas semicondutoras III-V nitreto diluídas possuem propriedades físicas que as tornam interessantes para aplicações em dispositivos optoeletrônicos. A possibilidade de casar liga de GaAsPN com silício faz com que esse semicondutor se torne interessante para estudos. Nesta dissertação investigamos as propriedades ópticas e magneto ópticas de nanoestruturas semicondutoras do tipo GaP(N)/GaAsPN. Foram realizadas medidas de fotoluminescência (PL), fotoluminescência de excitação (PLE) e magneto fotoluminescência (Magneto-PL) sob altos campos magnéticos (B ≤ 15T), em filmes finos de GaAsPN e múltiplos poços quânticos (MQW) de GaAsPN/GaPN. Estudamos efeitos de localização dos portadores através da análise do deslocamento diamagnético da PL, deslocamento Stoke e a dependência da posição do pico de fotoluminescência com a temperatura. Verificamos um deslocamento diamagnético negativo para algumas das amostras, o que é um comportamento anômalo nesse tipo de sistema. Foi verificado também um deslocamento para o vermelho do pico de PL quando realizado tratamento térmico nas amostras de MQWs. Analisando as propriedades de polarização de spin desse material, utilizando magneto-PL resolvida em polarização circular, foi observada uma polarização circular de até 30% num campo de 15 T.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by JONATAS DA SILVA CAVALCANTE null (jonatasunesp@hotmail.com.br) on 2016-05-30T18:25:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_CAVALCANTE, J. S..pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-05-31T16:41:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cavalcante_js_me_bauru.pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-31T16:41:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cavalcante_js_me_bauru.pdf: 2922725 bytes, checksum: 28bbd38e0e0a062b2c9458d85fbf5f58 (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho investiga as propriedades ópticas de um sistema semicondutor que tem alto potencial para aplicação em optoeletrônica. As amostras estudadas são baseadas no sistema InxGa1-xAs0,984N0,016/GaAs, a concentração x de índio encontra-se na faixa de 0,26 a 0,43 e foram crescidas nas temperaturas de 400°C e 430°C e, passaram por tratamento térmico, a temperatura de 720 °C, durante o tempo de 30 min. Em ambas amostras a espessura do poço é de 6,5 nm. A técnica utilizada na investigação é a fotoluminescência, que permite analisar o comportamento de portadores em diferentes faixas de temperatura e regimes de excitação, para caracterizar a qualidade estrutural das amostras. No estudo procuramos compreender o comportamento das emissões ópticas analisando a largura de linha a meia altura (FWHM) da emissão, a variação do band gap com a temperatura e a localização e ativação térmica dos portadores de carga. / This work investigates the optical properties of a semiconductor system which has high potential for application in optoelectronics. The samples studied are based on InxGa1-xAs0,984N0,016 / GaAs system, the indium concentration x is in the range from 0.26 to 0.43, and were grown at temperatures of 400 °C and 430 °C and received thermal treatment, at 720 oC, during 30 minutes. In both samples the well thickness is 6.5 nm. The technique used in the investigation is the photoluminescence, which allows to analyze the behavior of carriers in different temperature ranges and excitation regimes, in order to characterize the structural quality of the samples. In the study we sought to understand the behavior of the optical emissions by analyzing the full width at half-maximum (FWHM) of the emission line, the variation of the band gap with temperature and the trapping and thermal activation of charge carriers.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste trabalho foi a produção e a investigação de amostras cerâmicas dopadas com Fe3+. Os métodos experimentais usados foram a difração de raios X, e as espectroscopias de fotoluminescência e fotoacústica. As fases formadas foram identificadas a partir dos resultados da difração de raios X. Utilizando os dados ópticos, os níveis de energia excitados e o fundamental, os parâmetros de energia e de campo cristalino e de Racah, os tempos de vida radiativos e não-radiativos e a simetria do sítio do Fe3+ foram determinados. / The aim of this work was the production and investigation of a Fe3+- doped sample. The experimental methods were X-ray diffraction, photoluminescence and photoacoustic spectroscopies. From X-ray results, the formed phases in the sample were identified. By using optical data, the excited and fundamental energy levels, the energy crystal field and Racah parameters, the radiative and non-radiative lifetimes and the Fe3+ site symmetry were determinated.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação apresenta as espectroscopias de fotoluminescência e de excitação de amostras MgGa2O4 dopadas com 0,5% e 10,0% de Mn2+, obtidas com temperatura ambiente. As amostras policristalinas foram produzidas por reação de estado sólido sob alta temperatura no Laboratório de Preparação e Caracterização de Materiais do IFGW da UNICAMP e caracterizadas por Difração de Raios X no Laboratório de Cristalografia e Difração de Raios-X do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), e por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) na PUC-RIO e no Instituto de Biologia Roberto Alcântara Gomes (IBRAG-UERJ). Os espectros de fotoluminescência mostraram emissões nas regiões espectrais do verde e do vermelho, para ambas as dopagens e foram analisados com base na teoria de Tanabe-Sugano. As emissões foram atribuídas à transição eletrônica proibida por spin 4T1(4G) → 6A1(6S) do íon impureza Mn2+ em sítios coordenados por oxigênios, com simetria tetraédrica (luminescência verde) e octaédrica (luminescência vermelha). A partir dos espectros de excitação, identificaram-se as transições de energia e com as matrizes de Tanabe-Sugano calcularam-se os parâmetros de campo cristalino e de Racah. / This work presents the room temperature photoluminescence and excitation spectroscopes data of MgGa2O4 samples doped with 0.5% and 10.0% Mn2+. The polycrystalline samples were produced by solid-state reaction at high temperature and characterized with X ray Diffraction and SEM. The photoluminescence spectra showed emission at green and red spectral regions, for both doping levels and were analyzed based on the Tanabe-Sugano Theory. The emissions were attributed to 4T1(4G) → 6A1(6S) spin-forbidden electronic transition of Mn2+ impurity ions in tetrahedral (green emission) and octahedral (red emission) oxygen coordinated sites. From excitation spectra, we identified the energy transitions and from Tanabe-Sugano matrices we calculated the crystal field and Racah parameters.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta tese apresenta as espectroscopias de fotoluminescência, excitação e fotoacústica de amostras MgGa2O4 dopadas com 0,1%, 0,5% e 1,0% de Ni2+, obtidas pelo método de estado sólido e duas amostras distintas GaNbO4-GaNb11O29-Ga2O3 dopadas com 1,0% de Cr3+, uma sintetizada por reação de estado sólido e a outra pelo método de acetato. As amostras foram identificadas por Difração de Raios X e os dados foram refinados pelo método de Rietveld. A morfologia das amostras foi observada por Microscopia Eletrônica de Varredura. Os espectros ópticos das amostras apresentaram bandas de absorção e emissão do visível ao infravermelho próximo. As transições de energia foram analisadas com base na teoria de campo cristalino e os parâmetros de energia foram obtidos a partir de espectros de absorção e das matrizes de Tanabe-Sugano. / This work presents the photoluminescence, excitation and photoacoustic spectroscopy of samples MgGa2O4 doped with 0.1%, 0.5% and 1.0% of Ni2+, obtained through solid state method and two different samples GaNbO4-GaNb11O29-Ga2O3 doped with 1.0% of Cr3+, one synthesized by solid state reaction and another by wet chemical method. The samples were identified by X Ray Diffraction and the data were refined by Rietveld method. The morphology of samples was observed by SEM. The optical spectra of samples showed emission and absorption bands from visible to near infrared. The energy transitions were analyzed based on the crystal field theory and the energy parameters were obtained from absorption spectra and Tanabe-Sugano matrices.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste trabalho foi investigar amostras do tipo MgSiO dopadas com 1,0% e 5,0% de Mn2+, obtidas em temperatura ambiente que luminesceram na faixa do vermelho. As amostras foram produzidas por reação de estado sólido sob alta temperatura e caracterizadas e pelo método de difração de raios X. Para análise das características físicas presentes na amostra após a dopagem, usamos a espectroscopia de fotoluminescência. Através da teoria do campo cristalino, dos espectros de luminescência e excitação e com a ajuda do diagrama e das matrizes de Tanabe-Sugano, foi possível identificar as luminescências, os níveis de energia excitados, os parâmetros de energia do campo cristalino, os parâmetros de Racah e a simetria do sítio ocupado por Mn2+. / The aim this work was investigate ceramic samples of type MgSiO doped with 1,0% and 5,0% of Mn2+, obtained with room temperature. The samples were produced by solid-state reaction at high temperature and characterized by the method X ray Diffraction. For analysis of the physics characteristics in the sample after doping, we use spectroscopy photoluminescence. Through theory crystal field, luminescence and excitation spectra, and with help of diagram and Tanabe-Sugano matrices, could be identified excited energy levels, the parameters of energy crystal field, the parameters of Racah and the symmetry of the site occupied by Mn2+.