[pt] Substratos de germânio (Ge) são utilizados para o crescimento de
dispositivos optoeletrônicos III-V, como células solares. Porém, o Ge é uma
matéria-prima crítica devido à sua disponibilidade limitada. Além disso,
o substrato de Ge representa cerca de 30-40 por cento dos custos totais de uma
célula solar de junção tripla. Neste trabalho, foram crescidas amostras e
células solares III-V sobre substratos de Ge com diferentes tecnologias (tec).
Três diferentes tecs foram investigadas: 1) utilizando substratos de Ge com
camadas porosas para crescer materiais III-V, sendo que a camada porosa é
retirada para que o substrato possa ser reutilizado; 2) utilizando substratos
mais finos e com menos processos de finalização da superfície, o que a deixa
mais rugosa comparada a substratos comerciais; 3) substituindo o substrato
de Ge por substratos alternativos que compreendam outros elementos, como
um substrato de Si onde é depositado um buffer metamórfico de SiGe, no
qual o parâmetro de rede foi ajustado até o chegar no de Si0.1Ge0.9. Os
substratos utilizados não são perfeitos como os substratos comerciais de Ge
e podem gerar defeitos nas camadas de III-V subsequentes. Para investigar
a influência desses substratos nas camadas III-V foram crescidas heteroestruturas
duplas (HED) de AlGaInAs/GaInAs nos substratos das tecs 1 e
2 e HED de AlGaAs/GaAs nos substratos da tec 3. Suas propriedades foram
avaliadas com AFM para obter a rugosidade média quadrática e possíveis
defeitos da superfície, catodoluminescência para estimar a densidade de
defeitos na estrutura e Electron Channeling Contrast Imaging para
identificar os tipos de defeitos encontrados com CL. Além disso, para as
amostras crescidas sobre os substratos tec 1, suas composições e espessuras
foram investigadas por XRD e com fotoluminescência resolvida no tempo
avaliou-se o tempo de vida dos elétrons. Nos substratos das tecs 2 e
3 também foram crescidas células solares de junção tripla, que foram
processadas e caracterizadas por curvas I-V e EQE. Os resultados obtidos
com todas as tecs levam a uma perspectiva otimista para um futuro com
células solares mais baratas e que utilizem menos Ge. / [en] Germanium (Ge) substrates are used for the growth of III-V
optoelectronic devices such as solar cells. However, Ge is a critical raw
material due to its limited availability. Furthermore, Ge substrate accounts
for about 30-40 percent of the total costs of a triple junction solar cell. In this
work III-V samples and solar cells were grown on Ge substrates with
different technologies (techs). Three different techs were investigated: 1)
using Ge substrates with porous layers to grow III-V materials, in which
the porous layer is removed so that the substrate can be reused; 2)
using thinner substrates and with fewer surface finishing processes, which
makes it rougher compared to commercial substrates; 3) replacing the Ge
substrate with alternative substrates that comprise other elements, such
as a Si substrate where a metamorphic SiGe buffer is deposited, in which
the lattice parameter is gradually adjusted until it reaches Si0.1 Ge0.9.
The substrates used are not as perfect as commercial Ge substrates and
can generate defects in the subsequent III-V layers. To investigate the
influence of these substrates on III-V layers, double heterostructures (DH)
of AlGaInAs/GaInAs were grown on the substrates of techs 1 and 2 and
DH of AlGaAs/GaAs on the substrates of tech 3. Their properties were
evaluated with AFM to obtain the root mean square roughness and possible
surface defects, cathodoluminescence to estimate the density of defects in
the structure and Electron Channeling Contrast Imaging to identify the
types of defects found with CL. Furthermore, for samples grown on tech
1 substrates, the compositions and thicknesses were evaluated by XRD,
and with time-resolved photoluminescence, the lifetime of the electrons was
evaluated. Triple junction solar cells were also grown on techs 2 and 3
substrates, which were processed and characterized by I-V and EQE curves.
The results obtained with all tecs lead to an optimistic perspective for a
future with cheaper solar cells that use less Ge.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:61562 |
| Date | 15 December 2022 |
| Creators | EDGARD WINTER DA COSTA |
| Contributors | PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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