Tesis:
Desarrollo de técnicas experimentales para la demostración de los principios de funcionamiento de la célula solar de banda intermedia
- Autor: ANTOLIN FERNANDEZ, Elisa
- Título: Desarrollo de técnicas experimentales para la demostración de los principios de funcionamiento de la célula solar de banda intermedia
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: MARTI VEGA, Antonio
- Resumen: Este trabajo es una contribución al desarrollo de la célula solar de banda intermedia (IBSC), un dispositivo fotovoltaico con una eficiencia teórica máxima superior a la de las células solares convencionales. Las dos líneas propuestas hasta el momento para implementar este dispositivo son el uso de puntos cuánticos (QD) y la síntesis de un material de banda intermedia (IB) volúmico mediante el dopado de un semiconductor con impurezas de centro profundo (DL). En investigaciones previas a esta Tesis se había medido fotocorriente (PC) para energías menores que las de la banda prohibida (gap) en prototipos de QD-IBSC fabricados con InAs/GaAs, pero esta PC parecía estar producida únicamente por absorción en transiciones de la banda de valencia a la IB (VB—»IB) y no se tenía evidencia de la contribución de transiciones de la IB a la banda de conducción (IB—>CB). Si sólo se produce un tipo de transiciones sub-gap, el voltaje no puede reproducir las predicciones del modelo teórico de la IBSC. En el caso de futuras implementaciones con materiales IB volúmicos, la posible aparición de excesiva recombinación no radiativa (NRR) podría impedir la consecución de altos voltajes. El modelo de Luque-Mott (LM) predice que la NRR se suprime si la densidad de las impurezas es superior a un valor crítico estimado en 6x10 cm" . En este trabajo se han probado empíricamente los principios del modelo de IBSC en prototipos de InAs/GaAs QD-IBSC. Se ha podido medir por primera vez PC producida inequívocamente por absorción simultánea en las dos transiciones sub-gap en modo fotovoltaico. Esta PC se observa a temperaturas < 80K. Se ha mostrado que los resultados son consistentes con los principios de la IBSC si se tiene en cuenta que el escape de portadores de la IB a la CB puede ser fuerte a temperaturas altas, llegando a enmascarar la corriente de producida por absorción de fotones entre esas dos bandas. Mediante la caracterización de distintos prototipos se han identificado no-idealidades, así como formas de superar algunas de ellas. Se ha mostrado que en QD-IBSCs que contienen pocas capas de QDs separadas por espaciadores de GaAs finos se produce escape de portadores IB—>CB por mecanismos túnel, mientras que en muestras donde los espaciadores son más gruesos no existe este problema. El escape térmico se reduce notablemente en muestras donde los QDs han sido cubiertos con una capa de InAlGaAs. Se ha medido el tiempo de vida de portadores en muestras de Si dopadas con Ti con densidades por encima de la densidad crítica del modelo LM. Los resultados muestran que el tiempo de vida aumenta con la densidad de impurezas, como dicho modelo predice. En este trabajo se prppone un nuevo dispositivo que combina dos IBSCs en una configuración multi-unión (2J-IBSC). Bajo las condiciones de idealidad del modelo de balance detallado que se ha desarrollado los límites absolutos de eficiencia son 73.2% (sin interconexión) y 72.7% (bajo conexión en serie). También se ha evaluado la posibilidad de combinar una célula solar de un solo gap con una IBSC de la misma manera; los límites absolutos de eficiencia son en este caso 68.6% (sin interconexión) y 67.9% (bajo conexión en serie). Se ha discutido la dependencia de la eficiencia con respecto a distintos factores y la idoneidad de algunos semiconductores para ser utilizados como materiales base para implementar estos dispositivos.