Células solares con redes tridimensionales de puntos cuánticos coloidales: desarrollo teórico, simulación y modelado de las principales magnitudes físicas

• Autores: Rebeca Victoria Herrero Hahn
• Directores de la Tesis: Francisco Manuel Gómez Campos (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2026
• Idioma: español
• ISBN: 9791370152819
• Número de páginas: 154
• Menciones:
  • Internacional
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
• Resumen
  • español

    La presente Tesis se centra en el estudio teórico y simulación de la estructura electrónica y las propiedades de absorción de fotones de redes de puntos cuánticos coloidales esféricos de semiconductores binarios de tipo III-V. Se han desarrollado modelos teóricos y se han realizado simulaciones para evaluar la idoneidad de este tipo de estructuras en el desarrollo de células solares de cuarta generación. Para ello, este estudio se ha centrado en la determinación de la estructura de minibandas y el coeficiente de absorción de fotones. La Tesis se presenta como un compendio de cuatro trabajos publicados en revistas especializadas. En esta Tesis se ha investigado la dependencia del coeficiente de absorción de fotones con el material del que están constituidos los puntos cuánticos y con la estequiometría de su superficie, así como con la dimensionalidad de la red y la dirección de polarización de la luz. El objetivo de este estudio es proponer opciones para el desarrollo de células solares de banda intermedia. Una gran parte de este trabajo se ha centrado en comparar las propiedades ópticas de redes ordenadas tridimensionales con aquellas de apilamientos de redes bidimensionales, con el fin de discutir la conveniencia de orientar los esfuerzos experimentales hacia la consecución de dichas redes ordenadas tridimensionales. Por último, se propone un modelo simplificado que describe con exactitud la estructura de la banda intermedia, lo que puede ser de gran utilidad en simuladores de dispositivo. La última parte de esta Tesis estudia los estados de electrones y huecos en puntos cuánticos aislados con geometría no esférica. Este análisis sienta las bases para extender el estudio de redes ordenadas, realizado en etapas anteriores con puntos cuánticos esféricos, hacia redes con geometrías más complejas. En este marco también se consideran los efectos de campos eléctricos y magnéticos externos, variaciones morfológicas, así como la influencia de un campo láser que puede dar lugar al fenómeno de transparencia electromagnética. Todo ello permitirá obtener resultados más generales, aplicables también a materiales distintos de los semiconductores III-V previamente estudiados.

  • English

    This Thesis focuses on the theoretical study and simulation of the electronic structure and photon absorption properties of spherical colloidal quantum dot arrays of III-V binary semiconductors. Theoretical models have been developed and simulations have been performed to evaluate the suitability of this type of structures for the development of fourth-generation solar cells. To this end, this study has focused on determining the miniband structure and the photon absorption coefficient. The Thesis is presented as a compendium of four works published in specialized journals. In this Thesis, the dependence of the photon absorption coefficient on the quantum dot material and surface stoichiometry, as well as on the array dimensionality and light polarization direction has been investigated. The objective of this study is to propose options for the development of intermediate band solar cells. The central part of this work is devoted to the comparison of the optical properties of three-dimensional ordered arrays with those of two-dimensional array stacks, in order to discuss the advisability of directing experimental efforts toward the development of such three-dimensional ordered arrays. Finally, a simplified model that accurately describes the intermediate band structure is proposed, which can be very useful in device simulators. Although particular emphasis is placed on the calculation of the absorption coefficient, an accurate determination of the electronic structure is equally relevant, since it provides key insights for the identification of suitable materials for selective contacts in hot carrier solar cells, where precise knowledge of the band structure is essential. The final part of this Thesis addresses the electronic and hole states in isolated quantum dots with non-spherical geometries. This study lays the foundations for extending previous investigations on ordered arrays of spherical quantum dots to systems composed of quantum dots with more complex morphologies. Within this framework, particular attention is given to the effects of external electric and magnetic fields, morphological variations, as well as to the influence of a laser field capable of inducing the phenomenon of electromagnetically induced transparency. These considerations are expected to broaden the scope of the results, enabling their application to materials beyond the III–V semiconductors investigated in earlier stages.