Diseño, desarrollo y fabricacion de sensores de radiacion ultravioleta

M. J. L. TAMASI; M. G. MARTÍNEZ BOGADO; N. KONDRATIUK

Tandil

Otro; 99 Renunión de Física de la AFA; 2014

Los sensores fotovoltaicos pueden utilizarse en cualquier situacion donde la excitacion de entrada sea radiacion luminosa en el intervalo de longitudes de onda donde estos son sensibles, entregando a la salida una senal electrica. Disponer de la tecnologa para poder fabricar sensores que midan una porcion del espectro permite adecuar el instrumento a cada necesidad en cuanto a medicion de radiacion solar. Basandonos en las necesidades de grupos colaboradores se fabricaran dispositivos adaptados a los requerimientos de medicion, para proveer una herramienta conable y de bajo costo. En este trabajo se presenta el diseño, desarrollo y elaboracion de sensores solares de silicio cristalino, con el objetivo de optimizar la respuesta en el UV de dicho sensores. Para ello es necesario modicar el proceso de difusion que defne la juntura frontal utilizado en el laboratorio del Departamento de Energa Solar en la CNEA. De esta manera se puede disponer de sensores fotovoltaicos adecuados para su uso como indicadores del nivel de radiacion UV. La aplicacion del sensor es muy amplia: desde usos en grupos de investigacion de biologa hasta aplicaciones en zonas de alta radiacion UV, como la region de la Puna (4000m snm) o Valles Calchaquíes (1600m snm), ligadas a la conveniencia de disminuir la dependencia de suministros convencionales. El material de partida utilizado son obleas comerciales de Si monocristalino tipo p, con resistividad de base 10 Ohm cm. El espesor de las obleas empleadas vara entre 300 y 400 m. El proceso de difusion de dopantes tiene varios parametros que pueden modicarse: temperatura de proceso, caudal de los gases intervinientes y el tiempo de cada etapa. El horno cuenta con un controlador programable que permite realizar los cambios necesarios de las variables y llevar a cabo el proceso de forma automatica.Los sensores fotovoltaicos fabricados poseen una estructura n+pp+, donde el emisor p+ se forma a partir de la evaporacion de una capa de Al de alta pureza previa a la difusion. Como dopante tipo n se utiliza fosforo que se obtiene de una fuente líquida de oxicloruro de fosforo. En el proceso de difusion, el fosforo burbujea hacia el interior del tubo del horno empleando nitrogeno de alta pureza como gas de arrastre. En la difusion, se crea simultaneamente las junturas frontal n+p y posterior pp+. El proceso de difusion consta basicamente de dos etapas: la predeposicion, en la cual se forma un vidrio rico en fosforo sobre la supercie del silicio, y la redistribucion o drive in, en la cual el fosforo se difunde hacia el interior de la oblea. Estas etapas se llevan a cabo en el mismo proceso de difusion evitando la entrada y salida de las obleas del horno y as posibles contaminaciones. Para lograr la puesta a punto de la tecnica de difusion se necesita determinar los valores apropiados para los parametros tales como temperatura, tiempos, caudales de los gases, tanto para la predeposicion como para elproceso de drive-in. Cabe aclarar que los procesos que se llevan a cabo a altas temperaturas implican que la limpieza de las obleas es crtica, debido a que trazas de contaminantes deteriora fuertemente las caractersticas electricas de los dispositivos y por lo tanto, ademas, se realizan en area limpia clase 100.000. Como primer paso se fabricaron sensores con la receta estandar y proximamente se procedera a variar el tiempo de difusion, el caudal de los gases y la temperatura de proceso. Los dispositivos se caracterizaron electricamente mediante la medicion de la curva corriente-tension (I-V) y electronicamente a traves de la medicion de la respuesta espectral (RE).A futuro, el objetivo es realizar la medida de la curva I-V y de la RE del sensor con las modicaciones en el proceso de difusion, solo y encapsulado en cuarzo. Por otra parte, se realizaron simulaciones numericas de la curva I-V y de la RE empleando el programa PC-1D5 con el n de determinar los parametros caractersticos del sensor, entre ellos, la profundidad de juntura, tal que modique la respuesta en la region del UV.