Tesis:
Convertidores fotónicos para células solares bifaciales de silicio.
- Autor: PAN, Aline Cristiane
- Título: Convertidores fotónicos para células solares bifaciales de silicio.
- Fecha: 2009
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION
- Departamentos: ELECTRONICA FISICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: LUQUE LOPEZ, Antonio
- Director/a 2º: CAÑIZO NADAL, Carlos del
- Resumen: El objetivo de esta tesis doctoral es demostrar la viabilidad del acoplamiento de los convertidores fotónicos a las células solares bifaciales (CSB) de silicio con la finalidad de conseguir una ganancia en la eficiencia de las mismas. Para la asociación de los convertidores fotónicos a las células solares se ha evaluado primeramente los principales parámetros relacionados a estos fenómenos, a través de un modelo matemático para simular este comportamiento. Entre las posibilidades para implementar numéricamente dicho modelo, se han utilizado dos aproximaciones: una casi-analítica y otra basada en trazado de rayos. Además de este estudio teórico, este trabajo se ha planteado avanzar en la implementación práctica, en concreto de los convertidores a mayores energías (up-conversion, UC) sobre CSB de silicio. Para eso, se ha de contar con estructuras bifaciales, capaces de absorber la luz emitida por una de estas capas UC situada en la parte posterior de la célula. Por ello, se han fabricado CSB utilizando un proceso de fabricación ya optimizado en nuestra institución. En el desarrollo de estas CSB se ha considerado la tendencia de reducción del espesor de la oblea seguida por la industria fotovoltaica para la reducción de costes. Las CSB delgadas fabricadas han mejorado su eficiencia respeto a las de espesor estándar. Eso se debe a la reducción del impacto de la recombinación en volumen, cobrando mayor importancia la recombinación en superficie. Para evaluar la integración del convertidor fotónico a la CSB se han probado tres materiales comerciales como UCs: PTIR545/F, IRSPG e IRUCG. A través de dos métodos precursores se han acoplado los UCs a la cara trasera de la CSB: mediante una silicona en gel o un óxido de silicio. Las dos formas de implementación se muestran atractivas para un proceso industrial, al ser de directa y fácil aplicación en un proceso convencional de fabricación de CSB.
Para caracterizar los UCs sobre las CSB se ha adaptado el equipo de eficiencia cuántica externa (EQE) para las longitudes de onda del infrarrojo cercano. De esta forma, se han logrado resultados significativos y comparables con otros sistemas. Además, se ha utilizado de distintas técnicas de caracterización para el análisis de este sistema. La incorporación de los tres UCs analizados en silicona se muestra más eficaz que la del óxido, pues las propiedades de la misma favorecen el efecto UC. Se ha observado una fuerte dependencia de la eficiencia del fenómeno UC para los tres convertidores utilizados con la concentración de los materiales empleados y con la potencia incidente, coincidiendo en eso los resultados experimentales con los encontrados teóricamente. El UC-PTIR545/F se muestra como el más adecuado y eficaz, independientemente del modo de integración, para la aplicación en las CSB de silicio. El aumento de la EQE proporcionado por este UC son menores que los logrados por otras investigaciones, aproximadamente en siete órdenes de magnitud, y esto no sólo se relaciona con la clase de UC empleado, sino también con la potencia de la luz incidente, que es aproximadamente 60 veces más baja que la utilizadas por otros autores. Con los UC-IRSPG y UC-IRUCG no se consigue contrastar las dos formas de implementación, pues sólo se han podido medirlos cuando están embebidos en la silicona. Con el objeto de aumentar la absorción por los UCs se ha propuesto combinar dichos convertidores con puntos cuánticos (PC). Algunos PC, como el PbS por ejemplo, tienen precisamente una absorción en los intervalos de longitud de onda donde la CSB y el UC no las poseen y su emisión se solapa con la respuesta del UC. Al combinar estos PC con los UCs comerciales analizados se ha conseguido una mejora en la respuesta del UC al combinarlo con PC. Se puede concluir que las CSB pueden beneficarse de la incorporación de UCs, y con la incorporación de los PC se ha probado que este fenómeno es adaptable a otros conceptos de tercera generación.