Avaliação da recuperação de danos em células solares de CIGS irradiadas com protões de baixa energia

Abstract

Neste trabalho avaliou-se a influência da irradiação com protões de baixa energia nas propriedades estruturais, _óticas e elétricas de células solares baseadas em filmes finos de Cu(In; Ga)Se2 (CIGS), assim como estratégias de recuperação dos danos causados utilizando recozimentos a baixas temperaturas. As células solares foram irradiadas com protões de energia de 80 e 180 keV e com Fluências de 1012, 1013 e 1014 átomos=cm2. Os estudos realizados consistiram em análises estruturais, óticas e elétricas com base nas técnicas de difração de raio-X, espetroscopia de Raman e de fotoluminescência, e densidade de corrente-tensão. Verifica-se que a irradiação não alterou a estrutura cristalina das células solares, no entanto, modifica a estrutura eletrónica da camada de CIGS. Em particular, evidencia-se a criação de defeitos profundos que criam canais (radiativos e não radiativos) que dominam a recombinação dos portadores de carga. Apesar da modificação significativa da concentração de defeitos promovida pela irradiação com protões, a estrutura eletrónica da camada de CIGS, antes e após a irradiação, é dominada pela existência de flutuações de potencial. As medidas elétricas demonstraram que a eficiência das células solares diminui cerca de 30% após sofrerem irradiação com protões de energia de 180 keV e fluência de 1013 átomos=cm2, e que o desempenho dos dispositivos é recuperado quando sujeito a recozimentos de 200 0C.

In the present work it was assessed the influence of irradiation with low energy protons on the structural, optical and electric properties of solar cells based on thin films of Cu(In; Ga)Se2 (CIGS), as well as strategies for damage recovery by low temperature annealing treatments. The solar cells were irradiated with proton energies of 80 and 180 keV and fluences of 1012, 1013 and 1014 atoms=cm2. The structural, optical and electrical properties were investigated by means of X-ray diffraction, Raman and photoluminescence spectroscopy, and current density-voltage techniques. The studies revealed that the irradiation did not change the crystalline structure of the solar cells, however it did change the electronic structure. In particular, it was evidenced the formation of deep-level defects that create channels (radiative and non-radiative) which dominate the recombination of charge carriers. Even though the proton irradiation considerably changed the defects concentration, the electronic structure of the CIGS layer, before and after irradiation, is always dominated by the existence of fluctuating potentials. The electric measurements showed that the efficiency of the solar cells decreased about 30% after being irradiated with 180 keV protons under a fluence of 1013 atoms=cm2, and that the device performance recovers when subjected to annealing treatments at 200 0C.