Desarrollo de la tecnología de MOVPE para el crecimiento de semiconductores III-V: fabricación de células solares para concentraciones luminosas elevadas

• Autores: Beatriz Galiana Blanco
• Directores de la Tesis: Carlos Algora del Valle (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2006
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Gabriel Sala Pano (presid.), José María Ruiz Díaz (secret.), Wolfgang Stolz (voc.), Jerry Olson (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Crecimiento de cristales
      • Semiconductores
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos semiconductores
    • Tecnología energética
      • Fuentes no convencionales de energía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • El trabajo de estas tesis trata sobre el desarrollo en el IES-UPM de la tecnología de crecimiento epitaxial de fase vapor mediante precursores metalorgánicos (MOVPE) para el crecimiento de células solares de semiconductores III-V para concentraciones luminosas elevadas. En la primera parte de la memoria se presentan los principios de la MOVPE y el estudio de los materiales semiconductores utilizados a lo largo de la tesis: GaAs, AlGaAs, GaInP y AlInP. Para ello, se ha analizado cómo influyen las condiciones del proceso epitaxial en la velocidad de crecimiento y la concentración de portadores y, en el caso de los ternarios, en su composición. Una vez analizados los resultados, el control de estos materiales permite crecer estructuras con las características deseadas. Este estudio ha ido más allá en el caso del GaAs, ya que es el material que configura las capas activas de la célula (emisor y base). Por eso, se ha estudiado la relación entre su calidad cristalina y las condiciones de crecimiento mediante espectroscopia de fotoluminiscencia, medidas de tiempo de vida y de movilidad por efecto Hall, deduciendo las condiciones de crecimiento óptimas para conseguir un material de buena calidad. Continuando en el campo del crecimiento epitaxial, en la Universidad Philipps de Marburgo (Alemania) se ha llevado a cabo parte de esta tesis en lo que se refiere al estudio del sistema GaAs/Ge. Se ha desarrollado un proceso a baja temperatura para el crecimiento de GaAs sobre substratos de Ge basado en un recubrimiento con una monocapa de Ga seguida de una de As a 475 ºC (Ga/As) y, posteriormente, una capa de nucleación de 50 nm crecida, también, a baja temperatura. Esta es la primera vez que se optimiza un proceso para el sistema GaAs/Ge basado en un recubrimiento de Ga/As, pudiendo tener importancia en el crecimiento de células multiunión sobre Ge. La segunda parte de esta tesis trata sobre un modelo 3D basado en circuitos electrónicos distribuidos para células solares. Dicho modelo consiste en la división del dispositivo en unidades circuitales según su ubicación (iluminación, oscuridad y perímetro) asignando a cada unidad su circuito correspondiente. La validez de dicho modelo se ha confirmado mediante el ajuste de datos experimentales en concentración. También se presentan alguna aplicaciones de dicho modelo, tales como el diseño óptimo de la malla frontal, el ajuste de las curvas I-V en oscuridad y la simulación del dispositivo bajo luz no uniforme. Por último, en la tercera parte de este trabajo se aborda la fabricación completa de células solares. Para ello, se presentan los procesos de post-crecimiento introducidos en esta tesis (desarrollo de un nuevo contacto para n-GaAs basado en Cu/Ge y la sustitución de resina positiva por resina negativa para la malla frontal) y las mejoras logradas en las células solares monounión de GaAs durante esta tesis hasta reproducir los resultados de eficiencia obtenidos previamente por LPE. En concreto, se ha conseguido el 26% a 1000 X con una eficiencia pico de 26,2% a 800 X. También, en esta tercera parte, se presentan los primeros resultados de células solares de GaAs sobre substratos de Ge como primer paso para el desarrollo de células multiunión.