Diseño, elaboracion y caracterizacion de sensores fotovoltaicos de radiación UV para aplicaciones específicas

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

San Luis

Otro; 100º Reunión de Física de la AFA; 2015

Los sensores fotovoltaicos poseen como elemento sensible un semiconductor que al recibir un ujo radiante genera una corriente proporcional a la irradiancia recibida la que, al circular por una resistencia de carga, genera una diferencia de potencial; esta respuesta no es plana sino selectiva, dependiendo de la longitud de onda de la radiacion. Disponer de la tecnologa para poder fabricar sensores que midan una porcion del espectro solar permite adecuar el instrumento a cada necesidad en cuanto a la medicion de radiacion y, en particular, se pueden obtener sensores fotovoltaicos adecuados para su uso como indicadores del nivel de radiacion UV. La aplicacion de estos sensores 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 Salte~na (4000m snm) o Valles Calchaques (1600m snm), ligadas a la conveniencia de disminuir la dependencia de suministros convencionales. Ademas en la region noroeste de nuestro pas existe un alto ndice UV y por consiguiente un alto riesgo de exposicion al Sol, por esta razon precisamente la conveniencia de hacer mediciones diarias de los rayos UV emitidas por radiacion solar y ayudar a alertar sobre los efectos negativos que una prolongada exposicion a esta radiacion puede implicar sobre la salud. El objetivo es proveer una herramienta conable, de bajo costo y aceptable precision. Los sensores fotovoltaicos que se fabrican en el laboratorio del DES-CNEA 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 sobre obleas comerciales de Si monocristalino tipo p. Como dopante tipo n se utiliza fosforo que se obtiene de una fuente lquida 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 sin sacar las obleas del horno y as, evitar 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, caudales de los gases, tiempos tanto para la predeposicion como para el proceso de drive-in, esto es esencial para poder controlar las caractersticas del emisor frontal con el n de mejorar la respuesta en el UV. 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 deterioran fuertemente las caractersticas electricas de los dispositivos y es por ello que todas las etapas de fabricacion se realizan en area limpia Clase 100000. Como primer paso se fabricaron sensores con la receta estandar y luego se procedio a variar el tiempo de una de las etapas del proceso. En proximas experiencias se modicaran otros parametros: el caudal de los gases y la temperatura de proceso. Los dispositivos fabricados 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 de los sensores encapsulados 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 de los sensores, entre ellos, la profundidad de juntura, tal que modique la respuesta en la region del UV.