Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Tesis:
Desarrollo de células solares de doble unión de GaInP/GaAs para concentraciones luminosas elevadas
Año:2010
Áreas de investigación
  • Tecnología electrónica y de las comunicaciones
Datos
Descripción
La presente Tesis trata sobre el desarrollo de la célula solar de doble unión monolítica de GaInP/GaAs para aplicaciones de alta concentración, incluyendo su estudio teórico y modelado, y la fabricación experimental y caracterización de las estructuras semiconductoras necesarias, mediante MOVPE, y de los dispositivos de célula solar. El énfasis puesto en la consecución de una excelente respuesta en concentración es el principal elemento diferenciador respecto a las células de GaInP/GaAs desarrolladas en otros laboratorios. En la primera parte de este trabajo se realiza un estudio teórico de la célula de GaInP/GaAs para concentración, analizando los límites de eficiencia de diferentes configuraciones posibles para ésta célula, y el modelo intrínseco de la opción monolítica con conexión serie. Las propiedades extrínsecas y los efectos distribuidos que aparecen en éste tipo de dispositivos son analizados mediante modelos cuasi-3D basados en circuitos electrónicos distribuidos. Con éstos se diseña la malla frontal óptima para la célula de GaInP/GaAs funcionando a altas concentraciones y se estudia el efecto de los perfiles de luz no uniformes presentes en las aplicaciones de ésta célula funcionando dentro de un concentrador. La segunda parte comienza con una introducción en la que se describen las características de la tecnología MOVPE disponible en el I.E.S.-U.P.M. y se hace un repaso de los métodos de caracterización de materiales y dispositivos de célula solar empleados en esta Tesis, haciendo hincapié en las particularidades conceptuales y tecnológicas de la medida de células multiunión. A continuación se aborda el desarrollo experimental de la célula de GaInP, la unión túnel y la célula de doble unión. Al estudio del crecimiento epitaxial de GaInP y Al(Ga)InP le sigue el desarrollo de la célula de GaInP empleando estos materiales y prestando una atención especial a la recombinación en las intercaras anterior y posterior de la unión p-n de la célula. El desarrollo de la unión túnel comienza con las investigaciones acerca del crecimiento mediante MOVPE de GaAs y AlGaAs fuertemente dopados. A continuación se presentan las diferentes estructuras semiconductoras de unión túnel estudiadas en esta Tesis, con las que, además de perfeccionar el funcionamiento del dispositivo, se buscó la eliminación de posibles efectos adversos para el crecimiento y calidad de la célula superior de GaInP, debidos a la inserción de la unión túnel en la estructura de la célula de doble unión. Como resultado se obtiene una densidad de corriente de pico record de 10100 A/cm2 y una resistencia serie a 0 voltios de 1.6·10-5 W·cm2, en una unión túnel de AlGaAs/GaAs dopada con carbono y teluro. ii En el último capítulo de ésta parte, los diseños de célula solar de doble unión de GaInP/GaAs desarrollados en esta Tesis se estudian mediante el análisis de su eficiencia cuántica, curvas I-V y respuesta en concentración. El estudio experimental y teórico de las deficiencias de cada diseño permite identificar las líneas a seguir para su mejora. Como resultado se obtiene una célula solar con una eficiencia del 32.6 % a 1000 soles, que es el valor más alto publicado en la literatura hasta hoy, para una célula solar de doble unión. El modelado y análisis posterior de éstas células nos permite pronosticar, además, la obtención de eficiencias cercanas al 34 %, con versiones mejoradas de este tipo de células solares. En la última parte se resumen las conclusiones globales del trabajo realizado en esta Tesis, y se identifican y proponen las líneas de trabajo a emprender en el futuro.
Internacional
Si
ISBN
Tipo de Tesis
Doctoral
Calificación
Sobresaliente cum laude
Fecha
16/04/2010
Esta actividad pertenece a memorias de investigación
Participantes
  • Autor: Ivan Garcia Vara (UPM)
  • Director: Carlos Algora Del Valle (UPM)
  • Director: Ignacio Rey-Stolle Prado (UPM)
Grupos de investigación, Departamentos, Centros e Institutos de I+D+i relacionados
  • Creador: Grupo de Investigación: Semiconductores III-V
  • Centro o Instituto I+D+i: Instituto de Energía Solar
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