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CÉLULA SOLAR LATERAL DE BANDA INTERMEDIA

Descripción:

Se ha diseñado una nueva célula solar de banda intermedia (BI) en la que los tres materiales, el de banda intermedia, el semiconductor tipo p y el semiconductor tipo n están dispuestos en una configuración lateral sobre un sustrato determinado, formando una capa superficial heterogénea.

¿Cómo funciona?:

Fig. 1: Principio de operación de células solares de Banda
Intermedia.

Las células solares de banda intermedia (BI) tienen una eficiencia máxima teórica mayor que la de las células solares tradicionales de una única unión. La base de su funcionamiento son los materiales de BI, que tienen una banda adicional de estados permitidos entre las tradicionales banda de valencia y banda de conducción.

De esta forma, los materiales de BI son capaces de absorber fotones con energía menor a la de la banda prohibida del semiconductor. Mediante una transición desde la banda de valencia hasta la BI y otra transición desde la BI hasta la banda de conducción un portador puede pasar desde la banda de valencia a la banda de conducción absorbiendo fotones de menor energía.

Si estas transiciones se añaden a las transiciones directas desde la banda de valencia hasta la banda de conducción (absorción de un fotón de energía igual o mayor a la de la banda prohibida), se obtiene un incremento de la fotocorriente generada.

Ventajas:

Si el material de BI (1) se conecta a un semiconductor tipo n (2) y a otro tipo p (3), contactando únicamente estos últimos desde el exterior (4), el material de BI permanece aislado y no queda oculto por ninguno de los otros dos emisores. De esta manera se evita la pérdida de voltaje que se produciría si la BI fuera conectada directamente al circuito exterior y se maximiza la eficiencia de la célula solar.

Fig. 2: Célula solar lateral de BI con el material de BI (1) y los semiconductores tipo n (2) y tipo p (3) en
la misma capa de silicio cristalino (5), la capa pasivante (6) y de la capa anti-reflectante (7), contactando
únicamente estos últimos desde el exterior (4).

Con este nuevo diseño se pueden fabricar los tres materiales simultáneamente o bien en fases distintas, en el orden deseado, frente a la estructura tradicional de capas superpuestas, en la que el orden de fabricación de los tres materiales viene impuesto por la disposición misma de las capas.

Por otro lado, en una estructura alternativa, el sustrato podría incluso actuar como emisor tipo n (2) o tipo p (3), pudiendo entonces eliminarse ese tipo de semiconductor de la capa superficial

Con esta configuración se resuelve el problema de la inestabilidad térmica del material de BI fabricado por implantación iónica y el efecto de las colas de la implantación. En el caso de obtener el material de BI en la última fase de fabricación se evita una posible carga térmica posterior sobre el mismo, solucionando así el problema de la inestabilidad térmica.

Además, la configuración lateral propuesta favorece la reducción de dichas colas, ya que al poder fabricar el material de BI de forma independiente, se pueden usar los parámetros de proceso óptimos, tanto en las implantaciones (preamorfización e implantación del centro profundo) como en el recocido láser.

La célula solar propuesta puede funcionar como célula solar con contactos traseros, ya que por definición el material de BI no debe ser contactado eléctricamente para maximizar la tensión de circuito abierto, quedando éste descubierto. Por lo tanto cualquiera de las dos caras del dispositivo podrían ser orientadas hacia la fuente de luz.

Si la cara con material de BI es orientada hacia la fuente de luz, los fotones incidentes con energía menor a la de la banda prohibida del semiconductor base serían absorbidos al incidir en el dispositivo. Si la cara del sustrato es la que se orienta hacia la fuente de luz, los fotones con energía menor a la de la banda prohibida del semiconductor atravesarían toda la estructura, llegando hasta el material de BI y siendo absorbidos en la cara trasera.

¿Dónde se ha desarrollado?:

Este nuevo dispositivo se ha diseñado en el Grupo de Láminas Delgadas y Microelectrónica, perteneciente a la Facultad de CC. Físicas. El principal interés del grupo está en los procesos de implantación iónica a muy altas dosis de Ti en Si y GaP para aplicación en células solares de Banda Intermedia ypoder fabricar células solares de muy alta eficiencia

Se ha certificado la existencia de la banda intermedia con medidas eléctricas en un margen muy amplio de temperaturas. Además, las características estructurales de las muestras son excelentes a pesar de que las dosis de implantación son muy altas del orden de 1016 cm^-2.

Tambien se ha confirmado la supresión de la recombinación no radiativa en los estados de la banda intermedia mediante medidas de tiempo de vida realizadas en colaboración con el Instituto de Energía Solar adscrito a la E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid.

Y además:

El grupo mantiene relación con el Centro de Asistencia a la Investigación de Implantación Iónica con la finalidad de prestar servicio tanto al ámbito universitario como a la empresa.