RESUMO As células solares orgânicas possuem várias vantagens que as tornam atrativas como baixo custo, flexibilidade, leveza e fabricação via processo rolo-a-rolo. Um dos materiais mais empregados como camada transportadora de buracos nessas células é o polímero PEDOT:PSS. Entretanto, ele degrada muito facilmente em condições ambientais, sendo um dos responsáveis pelo curto tempo de vida desses dispositivos. Esse trabalho teve por objetivo obter filmes de MoO3 para atuarem como camada transportadora de buracos em células solares orgânicas. A técnica utilizada para a deposição dos filmes foi pulverização catódica reativa com rádio frequência e magnetos. O efeito dos parâmetros de deposição, como potência de trabalho e temperatura do substrato, foi investigado. Os resultados de difração de raios x mostraram que os filmes depositados a 200 °C eram amorfos ou nanocristalinos, independentemente da potência de deposição, com exceção daqueles depositados na potência mais baixa, 125 W, que continham uma pequena quantidade da fase β-MoO3. A transmitância desses filmes, medida em um espectrofotômetro na faixa UV-VIS, ficou entre 60 e 75%. Ao contrário da potência de deposição, a temperatura do substrato afetou significativamente as propriedades microestruturais e óticas dos filmes. Os resultados mostraram que filmes depositados acima de 250 °C eram cristalinos e constituídos pelas fases β-MoO3 e α-MoO3, sendo que o percentual da fase α-MoO3 aumentava com a temperatura. As imagens da superfície dos filmes confirmaram o importante papel da temperatura do substrato na cristalização dos filmes, mostrando o incremento da cristalização com o aumento da temperatura do substrato. Os resultados da espectroscopia UV-Vis mostraram que a temperatura de substrato pode ser usada como parâmetro controlador da banda proibida, cujo valor aumentou com a temperatura, de 2,7 eV para 3,1 eV.

ABSTRACT Organic solar cells are very attractive for solar energy conversion due to their low cost, flexibility, lightness, and potential for manufacturing via roll-to-roll process. One of the materials most used as hole transport layer in these cells is the PEDOT: PSS polymer. However, this polymer easily degrades under environmental conditions, limiting the device lifetime. In this work MoO3 films were deposited by reactive radio frequency sputtering for being used as hole transport layer in organic solar cells. The effect of deposition parameters, such as working power and substrate temperature, was investigated. The x-ray diffraction data showed that the films deposited at 200 °C were amorphous or nanocrystalline, regardless the deposition power, except for those deposited at the lowest power, 125 W, which contained a small amount of the β-MoO3 phase. The transmittance of these films, measured in a UV-VIS spectrophotometer, ranged from 60% to 75%. Unlike deposition power, the substrate temperature significantly affected the microstructural and optical properties of the films. The results showed that films deposited above 250 °C were crystalline and consisted of a mixture of β-MoO3 and α-MoO3 phases, the percentage of the α-MoO3 phase increasing with temperature. The surface images of the films confirmed the important role of the substrate temperature on the crystallization of the films, showing the increase of crystallization with the temperature. The results of UV-Vis spectroscopy showed that the substrate temperature can be used as a parameter for bandgap tuning, with the values changing from 2.7 eV to 3.1 eV as temperature increases.

Abstract In this work, CH3NH3PbI3 perovskite thin films were deposited by the spray-coating method in ambient conditions using different deposition temperatures and annealing times. They were then exposed to high humidity in order to investigate the relation between processing parameters and degradation mechanisms. FTIR and XRD analyses identified two degradation mechanisms, one reversible, the formation of monohydrated perovskite, CH3NH3PbI3∙H2O, and another irreversible, the decomposition of perovskite into PbI2 and CH3NH3I. It was found that perovskite degradation is very sensitive to deposition parameters and that long annealing times at high temperatures increase compound stability, retarding reversible degradation even after a long exposure to ambient conditions. This is attributed to the formation of a small amount of PbI2 during deposition that acts as a protective layer against moisture, preventing the formation of monohydrated perovskite. Additionally, no signs of dihydrated perovskite were found in the films even after 50 days of exposure to high humidity.

RESUMO A técnica de deposição de filmes por spray destaca-se por sua versatilidade, simplicidade e eficiência. Neste trabalho, dois equipamentos de spray distintos foram empregados para produção de filmes de óxido de grafeno: o primeiro, um equipamento industrial para produção por método ultrassônico e o segundo, uma adaptação realizada com um aerógrafo, um solenoide, um circuito elétrico e um programa em linguagem C++, denominado de método convencional. Os filmes obtidos foram caracterizados com respeito à espessura, resistividade elétrica, transmitância e morfologia. As amostras produzidas pelo método convencional apresentaram menores espessuras e maiores transmitâncias, sendo, desse modo, mais adequadas para aplicações optoeletrônicas. Já as menores resistências de folha foram obtidas pelo método de spray ultrassônico. A morfologia dos filmes aponta melhor uniformidade para as amostras obtidas por meio da técnica ultrassônica. A análise comparativa dos resultados indicou que o equipamento convencional, apesar de ser muito mais simples e de baixo custo, foi capaz de alcançar resultados tão satisfatórios quanto os obtidos em um equipamento industrial de spray ultrassônico. A grande vantagem do equipamento industrial está na possibilidade de produção de várias amostras simultaneamente, enquanto o convencional adaptado tem como benefício a rapidez, possibilidade de deposição com folhas de óxido de grafeno maiores e acessibilidade da produção e operação do sistema.

ABSTRACT The spray technique for thin film deposition stands out for its versatility, simplicity and efficiency. In this work, two different spray techniques, conventional and ultrasonic, were used for the production of graphene oxide films, the first one was an industrial equipment for ultrasonic spray production and the second, an adaptation performed with an airbrush, a solenoid, a circuit electric and a program in C ++ language, called conventional spray. The films obtained were characterized with respect to thickness, electrical resistivity, transmittance and morphology. The samples produced by the conventional method presented thicknesses and transmittances more suitable for electronic applications, since the smaller sheet resistances were obtained by the ultrasonic spray method. The morphology of the films shows a better uniformity for the samples obtained by means of the ultrasonic spray technique. The comparative analysis of the results indicated that the conventional spray equipment, although much simpler and low cost, was able to achieve results as satisfactory as those obtained in an industrial ultrasonic spray equipment. The great advantage of the industrial equipment is the possibility of producing several samples simultaneously, while the conventional spray adapted has the benefit of speed, deposition possibility with larger graphene oxide sheets and accessibility of the production and operation of the system.

RESUMO Filmes finos de VOX (camada e multicamadas) foram fabricados por pulverização catódica com rádiofrequência assistida por campo magnético constante para aplicação em detectores de radiação infravermelha do tipo bolômetro. As amostras foram fabricadas sem quebra de vácuo a partir de três alvos: V2O3; VO2 e V2O5. Um sistema de pulverização catódica com três catodos foi construído para a realização deste trabalho. Os resultados mostraram que ambas as configurações, camadas e multicamadas, apresentaram TCR semelhantes, da ordem de 2 %/K, e resistência de folha inferior a 20 kΩ/quad, sendo ambas recomendadas para emprego em bolômetros.

ABSTRACT VOX thin films (single and multilayers) were fabricated by RF magnetron sputtering for application in bolometers. The samples were deposited without vacuum break from three targets: V2O3; VO2 and V2O5. A RF magnetron sputtering system with three cathodes was built to carry out the depositions. The results showed that both configurations, single layers and multilayers, presented similar values of TCR, roughly 2%/K, and sheet resistance less than 20 kΩ/sq, being recommended for application in bolometers.

RESUMO Este trabalho compara as propriedades de diversos óxidos transparentes condutores para serem utilizados como contatos frontais de células solares de filmes finos de CdTe. Os filmes foram depositados à temperatura ambiente, por pulverização catódica com rádio frequência, sem tratamento térmico posterior, com o objetivo de reduzir o número de etapas do processo de fabricação. A relação resistência/transmitância foi avaliada através de uma figura de mérito, de forma a propor os materiais candidatos a atuar como eletrodo frontal da célula solar. Os óxidos investigados foram divididos em dois grupos: os de baixa resistividade e os de alta resistividade. Eletrodos fabricados com os diversos óxidos foram submetidos a testes de estabilidade térmica nas temperaturas de processamento da célula solar. Os resultados mostraram que os filmes de ZnO e Zn2SnO4 são óxidos de alta resistividade (> 0,5 (.cm), enquanto que os de SnO2, In2O3, In2O3:Sn, Cd2SnO4 e ZnO:Al são de baixa resistividade (< 5,0 x 10-3 (.cm) e alta transmitância (> 85%). Os filmes de In2O3:Sn e ZnO:Al apresentaram-se como as melhores opções para fabricação dos eletrodos, pois possuem resistividades na faixa de 10-3-10-4 (.cm e transmitâncias entre 85-92%. No entanto, levando-se em consideração questões de custo e escassez associadas ao índio, filmes de ZnO:Al são os mais adequados para esta aplicação, pois além de possuírem valores de condutividade e transmitância elevados, apresentaram elevada estabilidade térmica nas temperaturas de processamento da célula.

ABSTRACT This work compares the properties of different transparent conducting oxides for use as frontal contact in CdTe thin films solar cells. The films were deposited at room temperature by radio frequency sputtering without heat treatment, in order to reduce the manufacturing process steps. The resistance/transmittance relation was evaluated using a figure of merit, in order to propose the best material to act as front electrode of the solar cell. The oxides investigated in this work were separated into two groups: low-resistivity and high-resistivity oxides. Electrodes were prepared with these oxides and were subjected to thermal stability tests at the elevated temperatures involved in the solar cell processing. The results showed that ZnO and Zn2SnO4 films are high-resistivity oxides (> 0,5 (.cm), while SnO2, In2O3, In2O3:Sn, Cd2SnO4, and ZnO:Al are low-resistivity (< 5,0 x 10-3 (.cm) and high transmittance (> 85%) oxides. The In2O3:Sn and ZnO:Al films were the best options for the production of the electrodes, as their resistivity and transmittance values ranged from 10-3-10-4 (.cm and 85-92%, respectively. However, taking into consideration the cost and shortage issues, ZnO:Al films are the suitable choice for this application, because in addition to having high values of conductivity and transmittance, they have demonstrated thermal stability at elevated temperatures.

RESUMO Dispersões de óxido de grafeno (GO) e de óxido de grafeno reduzido (rGO) foram produzidas, respectivamente, por via química através do método de Hummers modificado e por redução do GO com adição de polímero PSS (poli (4-estirenosulfonato de sódio)) e ácido ascórbico. Amostras de GO e rGO/PSS foram caracterizadas pelas seguintes técnicas: microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A partir das dispersões foram depositados filmes finos em substratos de vidro pelos seguintes métodos: spray, dip coating e spin coating. Os filmes produzidos foram, em seguida, tratados termicamente para melhoria da aderência nos substratos e, especificamente para os filmes de GO, para redução, de modo a formar o óxido de grafeno reduzido termicamente (trGO). Os filmes foram caracterizados quanto a espessura, morfologia, transmitância e resistência de folha. Por meio das caracterizações realizadas a partir das dispersões foi possível observar folhas de grafeno pela microscopia óptica, indicando o sucesso do método de produção empregado; por meio do XPS, determinou-se a composição das amostras de GO e rGO e confirmou-se que a redução com ácido ascórbico foi efetiva; as transmitâncias obtidas mostraram-se dentro da faixa indicada para aplicação e as resistividades de algumas amostras, alcançaram valores próximos a de materiais tradicionalmente aplicados como filmes transparentes e condutores.

ABSTRACT Dispersions of graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) were respectively chemically produced by the modified Hummers method and by reducing GO with the addition of PSS polymer (poly (4-styrenesulfonate sodium)) and ascorbic acid. Samples of GO and rGO/PSS were characterized by the following techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). From the dispersions thin films were deposited on glass substrates by the following methods: spray, dip coating and spin coating. The films produced were then thermally treated to improve adhesion on substrates and, specifically for GO films, for reduction, so as to form thermally reduced graphene oxide (trGO). The films were characterized as thickness, morphology, transmittance and sheet resistance. By means of the characterizations made from the dispersions it was possible to observe graphene sheets by optical microscopy, indicating the success of the production method employed; by means of the XPS, the composition of the samples of GO and rGO was determined and confirmed that the reduction with ascorbic acid was effective; the obtained transmittances were within the range indicated for application and the resistivities of some samples reached values close to that of materials traditionally applied as transparent films and conductors.

RESUMO A energia solar fotovoltaica é atualmente um mercado consolidado. Entre 2010-2016, a taxa de crescimento global de instalações fotovoltaicas foi de 40%, um crescimento dificilmente alcançado por outros segmentos da indústria tecnológica. Células solares de silício responderam por 94% do mercado em 2016, enquanto a parcela referente aos filmes finos foi de 6%. Um dos materiais empregados no segmento fotovoltaico de filmes finos é o disseleneto de cobre índio e gálio (CIGS). Este trabalho apresenta os primeiros resultados de um programa colaborativo entre o Instituto Militar de Engenharia e o Florida Solar Energy Center, que visa à fabricação de células fotovoltaicas de CIGS. Os dispositivos com a configuração vidro/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ZnO:Al/metal foram fabricados no Florida Solar Energy Center e caracterizados no Instituto Militar de Engenharia, a partir das medidas de resposta espectral e dos parâmetros fotovoltaicos extraídos das curvas corrente-tensão. A maior eficiência alcançada foi 3,8%. Os resultados mostraram que a eficiência foi basicamente limitada pelo fator de forma e pela tensão de circuito aberto. Resistências em série e paralelo foram responsáveis pelo baixo valor de FF, enquanto que a ausência do tratamento pós-deposição na presença de metais alcalinos e a quantidade de gálio insuficiente foi responsável pelo baixo Voc. Os resultados também sugerem variações na espessura da camada de CdS, causadas provavelmente pela agitação excessiva da solução precursora durante a deposição por banho químico.

ABSTRACT Photovoltaic solar energy is presently a consolidated market. The annual growth rate of global photovoltaic installations was 40% in 2010-2016, a milestone hardly achieved by any other segment of the technology industry. Silicon based technology accounted for 94% of the total production in 2016, while the market share of thin film technology was 6%. One of the materials used in the thin film photovoltaic market is copper indium gallium di-selenide (CIGS). This work presents the preliminary results of a collaborative program between Florida Solar Energy Center and Instituto Militar de Engenharia aiming the fabrication and characterization of CIGS thin film solar cells. The solar devices were fabricated at Florida Solar Energy Center with the configuration glass/Mo/CIGS/CdS/ZnO/ZnO:Al/metal and were characterized at Instituto Militar de Engenharia from the current x voltage and quantum efficiencies curves. The highest efficiency was 3.8%. The results showed that the efficiency was limited by the low values of fill factor and open circuit voltage. Parallel and series resistances limited the fill factor. The lack of the alkali post treatment and the low quantity of gallium in the CIGS film limited the open circuit voltage. The results also suggest that the thickness of the cadmium sulfide layer is nonuniform, probably due to the swirling occasioned by excessively stirring of the precursor solution during the chemical bath deposition.

This work compares the properties of CdS films deposited by CBD and CSS techniques. The influence of the deposition parameters on the properties of the films was investigated. The thickness of CBD films ranged from 80 to 100nm and was affected by the concentration of reactants in the solution. For CSS films, the thickness was controlled in the 100-300nm range, being strongly influenced by the source/substrate temperatures and pressure. Grain size in CSS films was larger than in CBD films. Transmittance of CBD and CSS films ranged from 80 to 90%, but the band gap in CSS films was narrower than in CBD films, which means that CSS films transmit less of the blue part of the solar spectrum than CBD films. However, the growth of CdS films by CSS technique may be advantageous because the CdS/CdTe device could be fully manufactured in the same system.

Unlike other thin film deposition techniques, close spaced sublimation (CSS) requires a short source-substrate distance. The kind of source used in this technique strongly affects the control of the deposition parameters, especially the deposition rate. When depositing CdTe thin films by CSS, the most common CdTe sources are: single-crystal or polycrystalline wafers, powders, pellets or pieces, a thick CdTe film deposited onto glass or molybdenum substrate (CdTe source-plate) and a sintered CdTe powder. In this work, CdTe thin films were deposited by CSS technique from different CdTe sources: particles, powder, compact powder, a paste made of CdTe and propylene glycol and source-plates (CdTe/Mo and CdTe/glass). The largest deposition rate was achieved when a paste made of CdTe and propylene glycol was used as the source. CdTe source-plates led to lower rates, probably due to the poor heat transmission, caused by the introduction of the plate substrate. The results also showed that compacting the powder the deposition rate increases due to the better thermal contact between powder particles.

CdTe thin films are used as absorber layer in CdS/CdTe solar cells. The microstructure of this absorber layer plays a fundamental role in photovoltaic conversion and can be controlled by the deposition parameters used during the film growth. In this work, CdTe thin films were deposited by the CSS method onto glass substrates previously covered with In2O3:Sn. The effects of pressure, source temperature and substrate temperature on the microstructural properties of the films were studied. The properties were mainly influenced by the pressure, the presence of oxygen in the reaction chamber, and the substrate temperature. For films deposited under an argon atmosphere, an increase in grain size and a reduction of the texture were observed as the pressure and substrate temperature were increased. The introduction of oxygen in the atmosphere led to a decrease in the deposition rate and affected the microstructure and composition of the film. Films deposited under an argon-oxygen atmosphere have smaller grains than those deposited under argon and are richer in Te. The addition of oxygen to the atmosphere apparently did not result in the formation of oxides.