Testing the radiation resistance of CIGS solar cells for space applications

As células solares CIGS são um candidato promissor para aplicações como fonte de energia em ambientes de radiação severa, devido à sua elevada eficiência de conversão e capacidade para manter níveis de rendimento adequados após sofrer danos induzidos pela radiação. Este trabalho pretendeu testar a resistência das células CIGS à radiação monitorizando os efeitos da irradiação com protões nas suas propriedades elétricas e estruturais e avaliando o impacto de tratamentos por aplicação de luz e corrente na recuperação de dispositivos irradiados.

A caracterização J-V com luz após irradiação com protões de 1 MeV evidenciou a tendência de degradação do rendimento das células solares com fluências aplicadas desde 3.8×1012 H+/cm2 até 3.8×1013 H+/cm2, sendo que a redução da eficiência foi dominada por perdas na voltagem de circuito aberto. As medidas J-V no escuro revelaram um aumento da densidade de corrente de saturação e do fator de idealidade após a irradiação com fluências até 1×1014 H+/cm2, o que sugere que os danos provocados pela radiação introduziram defeitos no absorvedor CIGS que promovem recombinação do tipo Shockley-Read-Hall na região de espaço-carga e/ou nas fronteiras dos grãos.

Durante um período de repouso no escuro e à temperatura ambiente, nenhuma recuperação significativa desses defeitos foi observada. Adicionalmente, medidas de difração de raios-X de ângulo rasante feitas em amostras virgens e irradiadas não mostraram quaisquer sinais de degradação da qualidade cristalina após a irradiação com protões.

As metastabilidades observadas nas células CIGS aquando dos tratamentos por aplicação de luz e corrente foram interpretadas como sendo um fenómeno de fotocondutividade persistente que melhorou temporariamente as propriedades de recombinação em dispositivos virgens e irradiados. Ambos os tratamentos contribuíram, no longo prazo, para uma recuperação parcial das propriedades elétricas em dispositivos previamente irradiados.