Tesis:
Caracterización optoelectrónica por metodos ab-initio avanzados de nuevos materiales fotovoltaicos de banda intermedia
- Autor: AGUILERA BONET, Irene
- Título: Caracterización optoelectrónica por metodos ab-initio avanzados de nuevos materiales fotovoltaicos de banda intermedia
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: TECNOLOGIAS ESPECIALES APLICADAS A LA TELECOMUNICACION
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/3669/
- Director/a 1º: WAHNON BENARROCH, Perla
- Resumen: Hoy en día, los materiales de banda intermedia representan una de las propuestas más prometedoras en la búsqueda de células solares más eficientes y de menor coste. En esta tesis presentamos un estudio de semiconductores sustituidos con metales de transición basado en sus propiedades optoelectrónicas. Estos materiales se propusieron como absorbentes de alta eficiencia para células foto-voltaicas de banda intermedia, ya que presentan una banda estrecha parcialmente llena alojada en la banda prohibida del semiconductor base. Esta banda permite la absorción de fotones con energías menores que la banda prohibida del semiconductor original, lo que podría en principio incrementar la fotocorriente de una célula, produciendo un importante efecto en su rendimiento. Debido a la escasez de resultados experimentales de este tipo de materiales, es necesario, para la correcta comprensión de la formación de la banda intermedia, estudiar sus propiedades teóricamente para predecir su idoneidad para aplicaciones fotovoltaicas de alta eficiencia. Nuestro objetivo es describir y predecir mediante métodos ab initio estas propiedades y especialmente la contribución de la nueva banda a la absorción. Para este fin, es necesaria una descripción precisa de la estructura electrónica del sistema. Primero, una aproximación inicial a las propiedades del material se consigue mediante la Teoría del Funcional de la Densidad y ello nos da una idea sobre la posibilidad de la formación de la banda intermedia, lo que nos permite descartar algunos de los candidatos originales. Dado que los métodos del funcional de la densidad no dan la precisión necesaria para obtener a continuación propiedades de estados excitados, será necesario el uso de otros métodos ab initio avanzados. Este trabajo se centrará así, en la comprensión y el análisis detallado del comportamiento electrónico y óptico de materiales de banda intermedia con diferentes aproximaciones teóricas, y la comparación entre ellas, en particular se compararán los resultados de las metodologías GW con los de la Teoría del Funcional de la Densidad. Se prestará especial atención a las propiedades ópticas de tres familias de materiales: derivados de semiconductores III-V (GaP), derivados de la calcopirita CuGaS2, y derivados de algunas tio-espinelas (In2S3, MgIn2S4 y CdIn2S4). Los espectros de absorción de todos estos compuestos tras realizar la sustitución con el metal de transición, presentan un incremento significativo en el rango de energías de emisión solar gracias a las transiciones que involucran a la banda intermedia. Como material para validar el concepto de banda intermedia, el Si dopado con Ti será analizado como contribución a esta tesis.