breve descripción de la celdas fotovoltaicas de mono unión...

2009

David Alejandro Miranda Mercado

23/11/2009

Breve Descripción de la Celdas Fotovoltaicas de Mono Unión y de

Banda Intermedia

Celdas Fotovoltaicas Mono Unión y de Banda Intermedia. David A. Miranda, 2009 P á g i n a | 2

2

3 | P á g i n a Celdas Fotovoltaicas Mono unión y de Banda Intermedia. David A. Miranda, 2009

3

Dedicado a Ser quién Sólo Es.

Se presenta una breve introducción a las celdas

fotovoltaicas mono unión y de banda intermedia.

Este es un documento académico con un objetivo

meramente educativo y de carácter ilustrativo.

Se recomienda ver la animación que se encuentra en el

siguiente enlace:

http://www.nanosense.org/activities/cleanenergy/solarcellanimation.html

Que el trabajo no tenga otro afán más que el conocimiento.

Alcanzado el conocimiento, déjese el afán.

El afán de la flor es el fruto; cuando el fruto madura, la flor se marchita.

Kabir Sajib


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5

TABLA DE CONTENIDOS

PERTINENCIA DE LAS ENERGÍAS LÍMPIAS 7

BREVE RESEÑA HISTÓRICA 10

EVOLUCIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA 11

CONCEPTOS BÁSICOS 13

Celda solar mono unión 13

“The Air Mass” (AM) 16

Eficiencia ideal de conversión 17

CELDA SOLAR DE BANDA INTERMEDIA 18

BIBLIOGRAFÍA 25


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7

PERTINENCIA DE LAS ENERGÍAS LÍMPIAS

Fundamentalmente, dos interrelacionados factores a saber han venido motivado el acelerado

desarrollo de las llamadas energías alternativas, estos son, el cambio climático y la disminución

en las reservas de combustibles fósiles (Luque, y otros, 2003). De acuerdo a la proyección de

consumo energético mundial, se prevé que las reservas de combustibles fósiles comenzarán a

mermar drásticamente antes de finalizar este siglo, lo cual acarrearía gravísimas consecuencias

a nivel internacional de no ser sustituidas por otras fuentes de energía*.

En términos cuantitativos, la producción de energía eléctrica mundial estimada por

(International Energy agency, 2009) está soportada en más del 60% por combustibles fósiles,

mientras que sólo alrededor del 17% provienen de fuentes consideradas renovables, Figura 1.

Cabe resaltar que la mayor parte de las reservas internacionales de combustibles fósiles están

concentradas en el medio oriente, Figura 2, y se prevé que para 2030 haya un aumento en el

uso de estos combustibles para la producción de energía eléctrica, Tabla 1.

Figura 1. Producción de electricidad entre 2008 y 2009. (International Energy agency, 2009)

Figura 2. Reservas mundiales de petróleo en enero de 2008. (IEA, Annual Energy Review, 2008)

* Ver las estadísticas reportadas por “The International Energy Agency”:

http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html

Celdas Fotovoltaicas Mono Unión y de Banda Intermedia.

8

Tabla 1. Estimativo de generación de energía eléctrica, periodo 2006

Este contraste entre las reservas de combustibles fósiles y la creciente demanda de energía ha

favorecido la puesta en marcha de diversas iniciativas a nivel mundial para desarrollar nuevas

tecnologías basadas en las llamadas energías limpias, entre estas,

Celdas Fotovoltaicas Mono Unión y de Banda Intermedia. David A. Miranda, 2009 P á g i n a

. Estimativo de generación de energía eléctrica, periodo 2006-2030. (EIA, World Energy Projections Plus, 2009)



tecnologías basadas en las llamadas energías limpias, entre estas, la eólica y la solar (tanto la

P á g i n a | 8

(EIA, World Energy Projections Plus, 2009)



la eólica y la solar (tanto la

9 | P á g i n a Celdas Fotovoltaicas Mono unión y de Banda Intermedia

fotovoltaica como la térmica); siendo la mayor limitante en la masificación del uso de las

tecnologías eólicas y solar el costo de montaje de las mismas. En este aspecto, la producción de

energía eléctrica eólica actualment

embargo, se espera un fuerte impulso a la generación de nuevas tecnologías basadas en energía

solar, fotovoltaica y térmica, para la próxima década,

2009).

Figura 3. Proyección de créditos fiscales para diferentes tipos de tecnologías de generacíon.

Outlook, 2009)

Celdas Fotovoltaicas Mono unión y de Banda Intermedia.



energía eléctrica eólica actualmente es más económica que la energía solar fotovoltaica, sin


solar, fotovoltaica y térmica, para la próxima década, Figura 3. (IEA Annual Energy Outlook,

. Proyección de créditos fiscales para diferentes tipos de tecnologías de generacíon.

David A. Miranda, 2009

9



e es más económica que la energía solar fotovoltaica, sin


(IEA Annual Energy Outlook,

. Proyección de créditos fiscales para diferentes tipos de tecnologías de generacíon. (IEA Annual Energy


10

BREVE RESEÑA HISTÓRICA

El descubrimiento de la transformación de la luz solar en electricidad se atribuye al físico

francés Edmund Becquerel en 1839, (Becquerel, 1839), quien en una rudimentaria pila

galvánica, formada por dos electrodos metálicos sumergidos en una solución conductora,

observó un leve aumento en la generación eléctrica cuando sobre la misma hacía incidir

radiación solar. En 1873, Willoughby Smith, quien experimentaba con nuevos materiales

para aplicarlos en cables de telégrafo marino, observó un efecto similar en un cristal de

selenio. La primera celda solar se atribuye a Charles Fritts quién depositó contactos de oro

sobre una oblea de selenio y obtuvo una celda solar con eficiencia cercana al 1%.

Las bases para la comprensión del fenómeno de conversión de energía solar en energía

eléctrica fueron sentadas en 1904 por Albert Einstein con su teoría del efecto fotoeléctrico,

trabajo que le mereció el premio Nobel.

Un avance muy significativo fue el logrado en 1939 por Russel Ohl, quien descubre y analiza

por primera vez la unión p-n, la cual fue llamada por él “barrera p-n”. Russel Ohl patentó la

idea que sentó las bases para la primera celda solar moderna, la cual llamó “light sensitive

device”. En 1954, los investigadores de laboratorios Bell, USA, D. M. Chaplin, C. S. Fuller y

G. L. Pearson, lograron fabricar la primera celda solar de silicio de la historia, la cual alcanzó

una eficiencia de 6%, (Chapin, y otros, 1954). En este momento inició la búsqueda de

estrategias y materiales que permitieran mejorar la eficiencia de conversión lograda por

Chapin y colaboradores. M. Wolf en 1960, (Wolf, 1960), propuso diferentes opciones para

optimizar la eficiencias de las nuevas celdas solares, entre ellas el uso de impurezas para

aumentar el espectro de absorción de la celda. En 1961, William Shockley y Hans Queisser,

(Shockley, y otros, 1961), calcularon el límite teórico de la eficiencia para celdas solares

mono unión en 30%, para una brecha de energía de 1.1 eV. Tom Tiedje, Eli Yablonovitch,

George D. Cody y Bonnie G. Brooks en 1984 reportaron que el límite teórico para la

eficiencia de celdas solares de silicio en 29.8%, (Tiedje, y otros, 1984); la máxima eficiencia,

para celdas solares de silicio, obtenida hasta 2005 es de 25%, (Swanson, 2005).

Muchos esfuerzos se han realizado por sobrepasar el límite teórico de eficiencia para celdas

solares, entre ellos se destacan el apilamiento de celdas fotovoltaicas, propuesto en 1996

por Antonio Martí y G. Araujo cuyo límite teórico de eficiencia, para infinitas celdas

apiladas, es 86.8%, (Martí, y otros, 1996), y el uso de materiales de banda intermedia,

propuesto por primera vez en 1997 por Antonio Luque y Antonio Martí, del Instituto de

Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid, (Luque, y otros, 1997). El límite


11

teórico de eficiencia de celdas solares que utilizan este último tipo de materiales es 63.2%,

sin embargo, dado que la investigación de materiales de banda intermedia es incipiente,

(Cánovas Díaz, 2009), hasta el momento, con estos materiales no se ha logrado obtener una

eficiencia superior a la calculada por Shockley y Queisser†.

EVOLUCIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Martín Green ha clasificado la evolución del sector fotovoltaico según sus objetivos en tres

generaciones fotovoltaicas, (Martin, 2003). En la Figura 4 se presenta un gráfico de la

relación costo/eficiencia para celdas solares fotovoltaicas, así como el lugar que ocupa cada

generación (marcada con números romanos).

Figura 4. Relación entre eficiencia y costo para las diferentes generaciones fotovoltaicas, (Cánovas Díaz, 2009).

De manera resumida, la primera generación fotovoltaica hace referencia a la calidad, es

decir, dispositivos fotovoltaicos libres de impurezas; la segunda, está relacionada con el uso

de procesos y técnicas orientados a reducir tanto el costo económico como energético en la

† La máxima eficiencia obtenida con materiales de banda intermedia está alrededor del 18%. Información

obtenida a través de comunicación electrónica con el Profesor, Ph.D Antonio Luque: [email protected]


12

producción de celdas solares; y por último, la tercera generación fotovoltaica se centra en

la búsqueda de dispositivos capaces de exceder el límite de eficiencia definido para celdas

de una sola banda prohibida (30% sin concentrador y 40.7% con concentrador ideal).

La tercera generación la integran, a grandes rasgos, tres categorías:

- Dispositivos con múltiples bandas prohibidas y de banda intermedia.

- Modificación del espectro incidente

- Uso del exceso de generación térmica para mejorar voltajes y/o colección de

portadores.


13

CONCEPTOS BÁSICOS

Celda solar mono unión

Una celda solar mono unión, o convencional, consiste en una unión p-n (diodo) con una

única brecha de energía, ��, la cual se comporta como un diodo cuya corriente depende de

la radiación electromagnética que incide sobre éste. En la Figura 5 se muestra el esquema

simplificado de un diodo de silicio; en la parte superior se muestran los materiales tipo n y

p, formados al dopar al semiconductor intrínseco con átomos pentavalentes y trivalentes,

respectivamente, y en parte inferior se presenta la zona de deflexión generada, en el

crecimiento de la unión p-n, por la difusión de huecos y electrones entre los dos materiales,

así como el campo eléctrico que aparece en la zona de deflexión.

Figura 5. Esquema simplificado de una unión p-n. Adaptado de (Wik09).

Para una celda mono unión, un fotón con energía menor que la brecha, ℏ� < ��, no

contribuirá con la generación de portadores de carga que puedan producir corriente de

salida, mientras que los fotones con energía superior a la brecha, ℏ� ≥ ��, se contribuyen


14

con portadores para la conducción y el exceso de energía (ℏ� > ��) se transforma en calor,

(Sze, y otros, 2007 pág. 721).

Cuando un fotón es absorbido por la celda monounión (ℏ� ≥ ��) se crea un par hueco-

electrón, el cual será separado por el campo eléctrico en la zona de deflexión de la unión p-

n, �, de tal manera que el electrón se mueve hacia el material tipo n y el hueco hacia el tipo

p, como se muestra en la Figura 6, (Pankove, 1971 págs. 302-319).

Figura 6. Esquema simplificado del funcionamiento de una celda fotovoltaica. Adaptado de (Pankove, 1971 pág. 303).

(CB: banda de conducción, VB: banda de valencia, �: magnitud de la carga del electrón)

La separación de las cargas produce una diferencia de potencial, , en los extremos del

diodo. Nótese que los portadores de carga al llegar a la zonas dopadas (tipo n y tipo p) se

convertirán en portadores mayoritarios, los cuales tienen un tiempo de vida muy largo

(idealmente, infinito), además, como la barrera de potencial disminuye de Φ� a Φ� − � ,

algunos portadores atravesarán la barrera de potencial convirtiéndose en portadores

minoritarios que se recombinan en la zona de deflexión.

A una celda solar se le suele conectar una carga, ��, para extraer los portadores

fotogenerados. En la Figura 7 se presenta el circuito equivalente idealizado par una celda

solar bajo iluminación conectada a una resistencia de carga, ��. La corriente �� en el

circuito equivalente, Figura 7, corresponde a la corriente resultante de la absorción de

fotones. La absorción de fotones genera una producción de electrones y huecos a una tasa ��. Si el diodo es cortocircuitado, � = 0, entonces, la corriente que circulará por el mismo, ��, será la corriente debida a la influencia del campo interno de la unión, �. Sean �� y ��

las longitudes de difusión para los electrones y huecos, respectivamente y � el área de la

unión p-n, entonces, (Pankove, 1971 pág. 303):

�� ≅ ��(�� + ��)


15

Figura 7. Circuito equivalente idealizado de una celda solar bajo iluminación. (Sze, y otros, 2007 pág. 722)

Si ahora se coloca una resistencia �� ≠ 0, en paralelo con la celda solar, entonces, la

corriente neta que circulará por la celda será la diferencia entre la corriente �� y la corriente

que circula por el diodo debido a la diferencia de potencial , es decir:

� = �� − � !"#$/&' − 1)

Donde �*es la corriente de saturación y corresponde a la corriente debida a los portadores

que sobrepasan la barrera de potencial Φ� debido a la influencia de la temperatura. La

corriente de saturación para un diodo ideal está dada por, (Sze, y otros, 2007 pág. 723):

�* = ℑ,"-.//0

ℑ, = ��1213 4 115 67898 + 11: 67;9; <

Donde, 12 y 13 son las densidades efectivas de estados en las bandas de conducción y

valencia, respectivamente; 15 y 1:, son las densidades de aceptores y donadores; 78 y 7;,

son los coeficientes de difusión para cagas negativas (electrones) y positivas (huecos); por

último, 98 y 9;, son los tiempos de vida medios para electrones y huecos.

El voltaje de circuito abierto, =2, es decir, cuando �� = ∞ → � = 0, estará dado por:

=2 = @A� ln D��* + 1E

Teniendo en cuenta que en general �� ≫ �* y �* = ℑ,"-.//0 , entonces:

=2 ≅ �� + @A� ln D ��ℑ,E

Nótese que el voltaje de circuito abierto depende linealmente de la brecha de energía de la

unión p-n. En la Figura 8 se muestra la curva corriente voltaje para la primera celda

fotovoltaica de GaAs.


16

Figura 8. Relación corriente voltaje, G − H, para la primer celda de GaAs, (Jenny, y otros, 1956)

“The Air Mass” (AM)

El “air mass” es un parámetro que permite cuantificar el grado en el cual la atmosfera

terrestre afecta la luz solar recibida en la superficie de la tierra. El número AM (“air mass

number”) se define como la secante del ángulo entre el sol y el zenit. Particularmente,

AM1.5, el cual se asume como el sol a 45° sobre el horizonte, corresponde a un valor

apropiado para estudio de aplicaciones terrestres y es el usualmente empleado por los

investigadores y desarrolladores de celdas fotovoltaicas. En la Figura 9 se presenta el

espectro solar para diferentes valores del parámetro AM.

Figura 9. Diferentes AM

(a) (Sze, y otros, 2007 pág. 721) (b) http://pvcdrom.pveducation.org/APPEND/Am1_5.ht

m


17

Eficiencia ideal de conversión

El límite teórico de eficiencia para una celada solar mono unión fue calculado por primera

vez por (Shockley, y otros, 1961) utilizando el principio de balance detallado, el cual

establece, para el caso de radiación, que si un cuerpo permanece en equilibrio, entonces,

cada proceso de emisión por el cuerpo es balanceado por un proceso inverso de absorción

de la radiación incidente, (Reif, 1985 págs. 381-388).

De acuerdo al principio de balance detallado, la recombinación de huecos con electrones en

una celda fotovoltaica, debe ser sólo radiativo, es decir, las pérdidas debido a

recombinación deben estar asociadas sólo a procesos de emisión de fotones. Bajo esta

condición, la eficiencia máxima estará dada por:

I = JKLMJN82

Donde JKLM es la potencia máxima de salida para la celda solar, y JN82 es la potencia de la

radiación incidente sobre la misma. La potencia de salida de la celda mono unión está dada

por:

J = � = �� − � O"#$/&' − 1P

La condición para obtener la potencia máxima de salida es:

JKLM = �K K = maxTJU → VJV = 0

Entonces,

�K = �* � K@A "$W/&' ≈ �� D1 − @A� KE

K = @A� ln D 1 + ��/�*1 + � K/@AE ≈ =2 − @A� ln D1 + � K@A E

La potencia máxima estará dada por:

JKLM = �K K = YZ�*2 =2 ≈ �� [ =2 − @A� ln D1 + � K@A E − @A� \

Donde, YZ = ]W$W]^_$̀ _ se conoce como factor de llenado, (Sze, y otros, 2007 pág. 724), o factor

de acople de impedancias, (Shockley, y otros, 1961).

Entonces, la máxima eficiencia teórica estará dada por:


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I = JKLMJN82 = �K KJN82 = Ka�*(�/@A)"#$W//0JN82

En las Figura 10 se presenta la eficiencia ideal para una celda solar bajo concentraciones de

1 y 1000 soles. También se muestra la brecha de energía para algunos materiales

semiconductores.

Figura 10. Eficiencia ideal de una celda solar a 300K para concentraciones de 1 sol y 1000 soles. (Sze, y otros, 2007 pág. 724)

CELDA SOLAR DE BANDA INTERMEDIA

Los materiales de banda intermedia fueron propuestos teóricamente por (Luque, y otros,

1997) y son básicamente materiales semiconductores que tienen una banda adicional

ubicada entre las bandas de valencia y conducción. Estos materiales fueron propuestos

como una alternativa para mejorar la absorción de fotones en celdas solares. Sus

principales características son: tener una banda de valencia, una de conducción y una

banda intermedia ubicada entre estas dos; la banda intermedia debe estar separada de las

bandas de valencia y conducción por dos sub-bandas prohibidas (es decir, deben haber dos

brechas de energía); la banda intermedia tendrá asociada un nivel de fermi, �Z], el cual

cruza la banda de tal manera que ésta esté parcialmente llena de electrones para así


19

garantizar las transiciones IB-CB y VB-IB; por último, la banda intermedia debe tener las

mismas propiedades de las bandas de valencia y conducción.

En la Figura 11 se presenta la estructura de bandas simplificada para un material de banda

intermedia. En dicha figura, se puede observar que la banda intermedia (IB) divide la

brecha de energía (�b) en dos sub-bandas prohibidas, �� y �c, además, la banda

intermedia está parcialmente llena de electrones (el nivel de Fermi, �Z, atraviesa la banda).

En la Figura 11 (b) se muestran las posibles transiciones en los materiales de banda

intermedia: cuando un fotón es absorbido por el material pueden tener lugar una de las

siguientes transiciones, (Martí, y otros, 2003 pág. 140).

• Un electrón de la banda de valencia (VB) salta a la banda intermedia (IB): �]$.

• Un electrón de la banda intermedia (IB) salta a la banda de conducción (CB): �d].

• Un electrón de la banda de valencia (VB) salta a la banda de conducción (CB): �d$.

El proceso inverso, recombinación, también se puede dar de tres formas: entre la banda de

conducción y la banda intermedia, ed], la banda intermedia y la de valencia, e]$, y entre la

banda de conducción y la de valencia, ed$.

Figura 11. Estructura de bandas simplificada para un material de banda intermedia. (Martí, y otros, 2003 pág. 141)

Una celda solar de banda intermedia es un dispositivo fotovoltaico concebido para extender

la eficiencia de una celda solar de única brecha de energía, gracias a la explotación de las

propiedades eléctricas y ópticas de los materiales de banda intermedia, principalmente, la

absorción de fotones de menor energía sin detrimento en el voltaje de circuito abierto, =2.

Su principio de funcionamiento es básicamente similar al de la celda solar mono unión, con

la diferencia que en las celdas solares de banda intermedia los pares hueco-electrón no sólo

son producidos por las transiciones electrónicas desde la banda de valencia a la de

conducción, sino que adicionalmente hay transiciones de menor energía que involucran a la


20

banda intermedia. En la Figura 12 se comparan las estructuras de bandas simplificadas

para la celda fotovoltaica mono unión y la celda fotovoltaica de banda intermedia.

Figura 12. Diagrama de bandas simplificado (a) en equilibrio y (b) bajo la incidencia de fotones.

Adaptado de (Pankove, 1971 pág. 303) (Martí, y otros, 2003 pág. 143)

Nótese que mientras que en la celda mono unión hay sólo dos bandas (CB y VB) separadas

por una brecha de energía, ��, en la celda de banda intermedia existen tres bandas (CB, IB

y VB) separadas por dos sub-bandas prohibidas (�� y �c en la Figura 11 a). Cuando un

fotón es absorbido por la celda mono unión, la barrera de potencial entre los dos

semiconductores extrínsecos (n y p) disminuye y aparece una diferencia de energía entre

los niveles de Fermi, � = �Z8 − �Z;, la cual se verá reflejada como una diferencia de

potencial, , entre los semiconductores tipo n y p. En el caso de la celda de banda

intermedia, al ser absorbido un fotón también disminuye la barrera de potencial entre los

emisores (semiconductores extrínsecos tipo fg y hg) y aparece un diferencia de energía

entre los niveles de Fermi (�Zd , �Z$) asociados a los emisores, � = �Z8 − �Z;. Es

importante resaltar que el nivel de Fermi para la banda intermedia, rotulado como �Z] en la


21

Figura 12 (b), no cambia cuando el material de banda intermedia absorbe un fotón, lo cual

permite que la banda intermedia contribuya con la absorción de fotones de baja energía sin

disminuir la diferencia de potencia, , en entre los emisores de la celda. En la Figura 13 se

presenta la curva corriente voltaje para una celda de banda intermedia; en la gráfica se

presenta el parámetro de llenado, YZ, el voltaje de circuito abierto, =2, la eficiencia, I, y la

densidad de corriente de corto circuito, j*2, tanto para la celda de banda intermedia

(k7 − lm) como para la celda de GaAs de referencia (ref-SC).

Figura 13. Relación corriente voltaje, G − H, para una celda de banda intermedia, (Blokhin, y otros, 2009)

Por último, el cálculo del límite teórico de la eficiencia para una celda solar de banda

intermedia fue realizado por (Luque, y otros, 1997) siguiendo un procedimiento similar al

descrito en el anexo 4, es decir, utilizando el principio de balance detallado y las

condiciones ideales de funcionamiento para la celda solar de banda intermedia:

- Las únicas transiciones permitidas entre las tres bandas son las radiativas, como lo exige

el principio de balance detallado.

- La movilidad de los portadores es suficientemente alta.

- Sólo los electrones (ningún hueco) pueden ser extraídos de la banda de conducción para

formar la corriente externa y sólo los huecos (ningún electrón) pueden ser extraídos de

la banda de valencia.

- Ningún portador puede ser extraído de la banda intermedia.

- La celda es lo suficientemente delgada para asegurar una completa absorción de los

fotones con suficiente energía para inducir transiciones entre las bandas.


22

- La radiación generada por los procesos de recombinación radiativa (e]$, ed] , ed$) sólo

puede escapar por el área frontal de iluminación.

- Cada proceso de recombinación (e]$, ed] , ed$) es independiente.

- Se supone el uso de un concentrador ideal.

Bajo estas condiciones, la eficiencia máxima estará dada por:

I = JKLMJN82 = �K KJN82 = YZ �*2 =2JN82

Donde JKLM es la potencia máxima para la celda solar de banda intermedia ideal, JN82, la

potencia de la radiación incidente, �Kn K, la corriente y el voltaje máximo, YZ, el factor de

llenado (o factor de acople de impedancias), �*2, la corriente de corto circuito, y =2, el

voltaje de circuito abierto.

En la Figura 14 se muestra el límite de eficiencia teórica para una para celda solar de banda

intermedia (“This work”) calculado por (Luque, y otros, 1997) , así como el límite para la

celda solar mono unión (“single gap”) y celdas conectadas en serie (“tandem”). De acuerdo

a la figura, el límite teórico máximo para la eficiencia de la celda solar de banda intermedia

es 63.2%, el cual es superior a la eficiencia para una celda solar mono unión con

condensador, 40.7%, (Luque, y otros, 1997).

Figura 14. Límite de eficiencia para una celda solar, (celda de banda intermedia: “This work”), (Luque, y otros, 1997).


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Una celda solar de banda intermedia puede ser fabricada depositando capas de materiales

semiconductores sobre un sustrato apropiado, dejando capas que presenten puntos

cuánticos en medio de dos emisores, uno tipo n y otro tipo p. El uso de puntos cuánticos en

la fabricación de una celda solar de banda intermedia fue demostrado teóricamente (Martí,

y otros, 2002) y respaldado experimentalmente por (Blokhin, y otros, 2009). En la figura 1

se muestran dos esquemas de capas para celdas solares de banda intermedia.

Figura 1. Estructura de capas de una celda solar de banda intermedia de puntos cuánticos.

a) (Cánovas, y otros, 2008) b) (Blokhin, y otros, 2009)

El crecimiento de capas en un sustrato puede ocurrir en uno de tres distintos modos, como

se muestra esquemáticamente en la Figura 15, estos son: Frank-van der Merwe (FM),

Volmer-Weber (VW) y Stranski-Krastanov (SK). Mientras el crecimiento es capa por capa en

el modo Frank-Van, en el modo Volmer-Weber aparecen islas tridimensionales sobre el

sustrato, si la película tiene una energía superficial mayor que la del sustrato. El modo

Stranski-Krastanov es una combinación de los otros dos modos, donde se crecen varias

mono capas delgadas, llamadas capas húmedas (“wetting layer” –WL-), sobre las cuales se

forman islas. El modo de crecimiento que tenga lugar depende principalmente de la

diferencia de las energías superficiales entre el sustrato y el material a crecer, además de la

energía de esfuerzo acumulada en los materiales crecidos como resultado de las pequeñas

diferencias en los parámetros de red, (Nakata, y otros, 1999 pág. 119).

Celdas Fotovoltaicas Mono Unión y de Banda Intermedia.

24

Figura 15. Tres tipos de modos de crecimiento.

Celdas Fotovoltaicas Mono Unión y de Banda Intermedia. David A. Miranda, 2009 P á g i n a

. Tres tipos de modos de crecimiento. (Nakata, y otros, 1999 pág. 120)

P á g i n a | 24


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BIBLIOGRAFÍA

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breve descripción de la celdas fotovoltaicas de mono unión...

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