Materiales semiconductores para aplicaciones en células solares fotovoltaicas. Caracterización mediante microscopía electrónica de transmisión (tem)
- Autores: Amalia Navarro De Mesa
- Directores de la Tesis: Beatriz Galiana Blanco (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Enrique Muñoz Santiuste (presid.), Diego Martín Martín (secret.), Paloma Tejedor Jorge (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad Carlos III de Madrid
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
- Resumen
La lucha contra el cambio climático es actualmente uno de los mayores retos a los que nos enfrentamos como sociedad. Para abordar este gran reto, la energía solar fotovoltaica surge como una de las pocas opciones energéticas inagotables y respetuosas con el medio ambiente, que además puede cubrir buena parte de la demanda de energía.
Dentro de la energía solar fotovoltaica, las células solares multiunión basadas en semiconductores III-V son las células solares que mayor eficiencia han demostrado hasta la fecha ya que permiten un mejor aprovechamiento del espectro solar. Sin embargo, hay que tener en cuenta que las células solares multiunión de alta eficiencia basadas en semiconductores III-V se fabrican con estructuras más complejas (mayor número de capas, elementos nanométricos, etc) lo que hace que las técnicas habituales de caracterización a partir de medidas macroscópicas no nos indiquen exactamente qué parte o partes de la célula está fallando ni cuál es la causa del fallo. Es por ello que en esta tesis se abordan distintos retos existentes en el desarrollo de las células solares multiunión de alta eficiencia para entender los mecanismos que limitan su mejora. Para ello se han estudiado las propiedades ópticas y estructurales a nivel microscópico de diferentes estructuras semiconductoras a través de una caracterización avanzada y se han correlacionado con la respuesta fotovoltaica en el caso de dispositivos completos. En concreto se ha utilizado la microscopía electrónica de transmisión (TEM), la microscopía electrónica de trasmisión y barrido (STEM), espectroscopía de dispersión de rayos X (EDS), espectroscopía por pérdida de energía de los electrones (EELS) y catodoluminiscencia (CL).
En primer lugar, se ha abordado la integración de los materiales III-V sobre Si a través del crecimiento de un substrato virtual de GaP sobre Si, demostrando la viabilidad del uso de una rutina a alta temperatura con pre-exposición de AsH3 mediante la obteniendo capas continuas libres de defectos de GaP/Si. También se ha concluido que la aparición de defectos planares comunes en este sistema está relacionada con la interrupción de los dímeros de Ga en la capa de GaP.
En segundo lugar, se ha estudiado el efecto del recocido en el nitruro diluido GaNAsSb mediante alta resolución de CL en sección transversal y modo espectral, siendo altamente novedoso, concluyendo que el recocido en atmósfera de AsH3 permite una homogenización del N a lo largo de la capa y genera una mejora en las propiedades ópticas.
Finalmente, se ha realizado un estudio en profundidad de la célula solar monounión GaInAs (1eV)/GaAs metamórfica. Se ha conseguido relacionar la diferencia en la respuesta fotovoltaica con propiedades estructurales. En concreto se ha concluido que la disminución de la eficiencia cuántica externa (EQE) podría estar relacionada, no solo con la formación de defectos, sino también con la aparición de trampas debido a la incorporación de dopantes no deseados, tales como C o Zn, para ciertas condiciones de crecimiento.
