Estudo para um sistema de CVD para obtenção de placas auto sustentadas de silício para aplicações fotovoltaicas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pera, David Miguel Rodrigues
Data de Publicação: 2008
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/1276
Resumo: Tese de mestrado em Engenharia Física, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2008
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spelling Estudo para um sistema de CVD para obtenção de placas auto sustentadas de silício para aplicações fotovoltaicasEngenharia físicaTeses de mestradoTese de mestrado em Engenharia Física, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2008O desenvolvimento do mercado das energias renováveis levou a um aumento significativo da procura de tecnologia fotovoltaica. A investigação na área de fornecimento de substratos de silício cristalino para produção de células fotovoltaicas, está direccionada para a procura de soluçoes que substituam o recurso que domina actualmente o mercado, as wafers obtidas por corte de lingotes que representam cerca de um terço do preço final de uma célula fotovoltaica. Nesta perspectiva, foi desenvolvido no Laboratório de Aplicações Fotovoltaicas e Semicondutores da Universidade de Lisboa um processo de crescimento de silício multicristalino directamente na forma de uma fita, o processo SDS Ribbons. Este processo baseia-se na deposição de silício por CVD, a baixas temperatura e a pressão ambiente, a partir de silano, sobre um substrato de pó de silício de elevada pureza. Após a deposição, o filme de silício nanoporoso é recristalizado através da técnica de zona fundida flutuante (ZMR), que garante a elevada qualidade cristalina e pureza das fitas de silício multicristalino. Apesar da elevada qualidade das células fotovoltaicas produzidas a partir das fitas de silício do reactor SDS de 1ª geração, verificou-se uma reduzida taxa de sucessos na fase de recristalizacao, devido ao colapso da zona fundida. Pensa-se que na base destes resultados esteja a heterogeneidade da porosidade e a espessura do filme depositado. Por esta razão deu-se início ao projecto de um reactor SDS de 2º geração, que visa não só resolver os problemas do primeiro, como também implementar novas ideias que tornarão o processo mais eficiente do ponto de vista da rentabilização do silano e permitirão a sua integração num processo em cadeia. Os estudos apresentados neste documento consistem em duas partes distintas: A primeira e direccionada ao reactor SDS de 1ª geração, em que se explora a distribuição da radiação na amostra e o comportamento dinâmico do gás no interior do reactor, e nomeadamente da convecção natural, de modo a correlaciona-los com os perfis de deposição dos filmes depositados por CVD. Para este estudos foram explorados dois softwares comerciais de análise numérica, o FloWorks no âmbito de dinâmica de fluidos e modos de trocas de calor, e o ZEMAX para simulações de ray-tracing. A segunda é dedicada ao desenvolvimento do reactor de 2ª geração. Com recurso ao software Floworks, exploram-se factores do foro geométrico e termofísico que proporcionam a formação de células de convecção dentro da cavidade do reactor CVD, de modo a permitir a circulação controlada do gás junto as zonas de deposição, com o objectivo de a rentabilizar. Este estudo culminou numa proposta para um novo reactor de CVD. Efectuou-se também um estudo analítico para um sistema óptico concentrador para este reactor CVD.The development of the renewable energies market lead to a significant increase in the demand of photovoltaic technology. The research in the area of crystalline silicon feedstock for photovoltaic cells production, is focused on the research of solutions to replace the dominant path in nowadays market - the wafers obtained by the cut of ingots which represents about a third of the final price of a photovoltaic cell. In this framework, the Laboratório de Aplicações Fotovoltaicas e Semicondutores da Universidade de Lisboa, is developing a new process for the growth of multicrystalline silicon ribbons, the SDS Ribbons process. This process is based on the silicon deposition by CVD at low temperatures and atmospheric pressure, from silane, on top of a high purity silicon powder substrate. After the deposition, the nano-porous silicon film is recrystallized by the zone melting recrystallization (ZMR) technique, which guarantees the high crystalline quality and purity of the multicrystalline silicon ribbons. Despite the high quality of solar cells produced from the first generation SDS reactor, a reduced rate of successes in the recrystallization step was obtained, due to the collapse of the molten zone during the ZMR step. This problem seems to be related to the porosity and thickness heterogeneity of the deposited film. For this reason a new design for a second generation SDS reactor was started, with the purpose to solve the first reactor problems and to implement new ideas which will make the process more efficient from the point of view of silane conversion and to allow its integration into a continuous mode process. The studies presented in this document are divide in two distinct parts: The first one is related to the first generation reactor, where both the radiation distribution in the sample and the dynamic behavior of the gas in the interior of the reactor are analysed, in order to correlate them with the deposition profiles of the deposited films by CVD. For these studies two numerical analysis commercial softwares where explored; the FloWorks module for fluids dynamic and heat exchange modes, and the ZEMAX ray tracing simulation. The second one is dedicated to the development of the second generation reactor. Using the software FloWorks, geometric and thermophysics factors were explored to analyze the convection cells formation inside the CVD reactor cavity, to allow a controlled circulation of the gas nearby the deposition zones, with the purpose of enhancing the deposition rate. This study culminated in a proposal for a new CVD reactor. An analytical study for a concentrator optical system for this new reactor is also presented.Serra, João Manuel de AlmeidaRepositório da Universidade de LisboaPera, David Miguel Rodrigues2010-07-27T08:57:04Z20082008-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdftext/xmlhttp://hdl.handle.net/10451/1276porhttp://catalogo.ul.pt/F/?func=item-global&doc_library=ULB01&type=03&doc_number=000562032info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:40:42Zoai:repositorio.ul.pt:10451/1276Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:27:55.435961Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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