Este documento descreve a simulação numérica de um dispositivo fotovoltaico constituído por várias camadas semicondutoras usando o software AFORS-HET. O documento apresenta os resultados das simulações da característica corrente-tensão para diferentes comprimentos de onda e fluxos de fótons, bem como a resposta espectral do dispositivo.

1. Instituto Superior de
Engenharia de Lisboa
Discente
Daniel Ferreira
ODS- MEET
Lisboa, 16 de Julho de 2014

2. Índice INTRODUÇÃO
RESUMO
CARACTERÍSTICA I-V
EFICIÊNCIA ESPECTRAL
CONCLUSÕES
BIBLIOGRAFIA
2ODS

3. 3

4. INTRODUÇÃO(1/4)
 O AFORS-HET é um software
Open Source que permite uma
simulação numérica de vários
parâmetros de células solares e
de dispositivos constituídos por
materiais optoelectrónicos
 Modelização e simulação 1D de
uma estrutura constituída por
vários layers semicondutores e
interfaces
 Variações de parâmetros
arbitrários (simulações de
variáveis externas que afectam o
funcionamento do dispositivo) e
variações do(s) parâmetro(s) em
estudo 4
 Diagramas de banda, estudo IV,
recombinação, mudanças de
fase, resposta espectral, etc.
 Modelização e simulação 1D de
uma estrutura constituída por
vários layers semicondutores e
interfaces

5. INTRODUÇÃO–CONCEITODOS(2/4)
 Uma Banda simples possui N –
estados – Apenas uma fracção
deles está ocupada
 Pergunta: Quantos estados estão
ocupados até E? Ou quantos
estados por unidade de energia?
(DOS)
 A DOS de uma estrutura
caracteriza o número de estados
por intervalo de energia por cada
nível que podem ser ocupados
por electrões;
5

6. INTRODUÇÃO–CONCEITODOS(3/4)
6

7. INTRODUÇÃO–PIN/PINIP(4/4)
 Os dispositivos são PINIP são
baseados nos dispositivos PIN.
 Os PINIP obtém a sua designação
através da camada I (região
intrínseca situada entre a camada
P e a camada N
 O PINIP pode ser representado
como um díodo, que depende to
bias (tensão) aplicada para que
conduza.
 O a-SI:H (silício amorfo
hidrogenado) é mais indicado
para aplicações de detecção de
cores em virtude da sua eficiência
de absorção nomeadamente na
zona visível do espectro 7

8. 8

9. Consideraçõesiniciais
 Estudo assentou em três cores no
espectro do visível;Vermelho,
Verde e Azul (RGB – Red. Green &
Blue)
9
COR λ Escolhido[nm]
Intervalo de λ
[nm]
Azul 455 450-490
Verde
555 490-560
Vermelho
655 635-700
 Estrutura do dispositivo por
camadas

10. 10

11.  Foi considerada iluminação
monocromática com uma
densidade de fluxo de fotões de
2,8E+17 1/cm2 s e uma range de
tensão entre -1 e 1V
 Cada cor representa o
comprimento de onda em estudo
 Cor azul e vermelha distinguem-
se bem
11
CaracterísticaI-V(1/4)
COR λ Escolhido[nm]
Intervalo de λ
[nm]
Azul 455 450-490
Verde
555 490-560
Vermelho
655 635-700

12.  O próximo teste foi alterar o
fluxo de fotões para 2,8E+20
1/cm2 s
12
CaracterísticaI-V(2/4)

13.  Característica IV para PINIP, fluxo
fotões de 2,8E+15 1/cm2 s
13
CaracterísticaI-V(3/4)

14. CaracterísticaI-V(4/4)
 Após várias tentativas…
14

15. 15

16. RespostaEspectral
 Para uma melhor visualização da
resposta aumentou-se a gama de
comprimentos de onda,
“alargando-a” do visível para
uma gama que compreende
comprimentos de onda entre os
200nm e os 700nm
 Em termos das cores em estudo,
esta gama é mais próxima do
Azul e doVerde, sendo a cor
Vermelha a cor que este
dispositivo tem mais dificuldades
em identificar
16

17. 17

18. Conclusões(1/2)
 O AFORS-HET possui algumas
limitações. Por exemplo, na
simulação dos três
comprimentos de onda para as
cores pretendidas, não podemos
utilizar três comprimentos de
onda com valores que não sejam
proporcionais entre si senão dá
um erro
 Uma vantagem da simulação 1D,
foi a verificação que a luz
atravessa as várias camadas
sendo fundamental que o valor
do hiato energético (Eg) das
camadas seja feito do maior para
o menor
 Em relação à resposta espectral,
podemos concluir que estudos e
experiências relativos à melhoria
dos resultados dos
comprimentos de onda do
Vermelho podem ser realizados
com materiais/espessuras
tornando este dispositivo mais
selectivo e robusto
 A DOS, com os seus parâmetros
Cb_Tail – aceitadores,VbTail –
receptores permitiu a correcção
do parâmetro chi num layer da
estrutura
18

19. Conclusões(2/2)
 Em relação ao dispositivo PINIP,
para detecção de cores,
 ESTRUTURA DO DISPOSITIVO
 ESPESSURA DAS CAMADAS
 INTENSIDADE DE FLUXO DE
FOTÕES
19

20. 20

21. Bibliografiaesitesinteressantes
21
[1] Silício amorfo:
http://wikienergia.com/~edp/index.php?title=
Sil%C3%ADcio_amorfo [Acedido a 13 de Julho
de 2014].
[2] Silício amorfo
http://www.cgomes.uac.pt/TE/Estagio/0405/W
bQs/wqRG/Carac/nautilus/Silicio/S%EDlicio%2
0P%E1gina%20Principal_ficheiros/e01400.ht
m [Acedido a 13 de Julho de 2014].
[3] P. Louro,Y.Vygranenko, J. Martins, M.
Fernandes, M.Vieira, Colour sensitive devices
based on double p-i-n-i-p stacked photodiodes,
2007.
[4] P. Louro, Y. Vygranenko, J. Martins, M. Fernandes,
M. Vieira, Alessandro Fantoni,Image and color
recognition using amorphous silicon p–i–n
photodiodes
[5] DOS:
http://ecee.colorado.edu/~bart/book/welcome.htm
[Acedido a 13-07-2014]
[6] DOS: Calculation of the density of states in 1, 2
and 3 dimensions
http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2
/pdf/ch2_4_2.pdf [Acedido a 13-07-2014]

22. Daniel Ferreira – 35919@alunos.isel.pt
Obrigado pela atenção!