Células de Banda Intermedia

Células Banda Intermedia

 

Pensar en células solares eficiencias superiores al 60% es viable gracias al concepto de células solares de banda intermedia (BI). En el proyecto se articulan las siguientes actividades:

  • A4.1 Fabricación de una célula de silicio de BI
  • A4.2 Fabricación de células de BI por implantación en materiales de alto gap.
  • A4.3 Búsqueda de nuevos materiales de banda intermedia.
  • A4.4 Fabricación de células de BI por puntos cuánticos.

El conjunto global de actividades estaría coordinado por el Grupo de silicio y Estudios Fundamentales (SEF). En este Grupo participan investigadores que propusieron inicialmente el concepto de célula solar de banda intermedia y cuentan con una visión de conjunto privilegiada sobre el tema. Además, al tener este Grupo también experiencia en células solares convencionales puede liderar las investigaciones hacia resultados que impliquen la utilización práctica de este tipo de células a la mayor brevedad posible.

Respecto a la actividad A4.1, ésta consiste en la fabricación de una célula solar de banda intermedia a partir de la implantación iónica de titanio en silicio. El punto de partida son varios trabajos experimentales previos (que fueron parcialmente financiados por los Programas anteriores NUMANCIA de la Comunidad de Madrid), liderados por el Grupo LDYM, que han demostrado la formación de dicha banda intermedia (véase por ejemplo: E. GarcíaHemme et al. , Appl. Phys. Lett. 101, 2012, 192101). Se trataría ahora de, a partir de estos materiales, fabricar una célula completa y estudiar sus características fotovoltaicas. Es sabido, sin embargo, que el silicio, por su bajo gap no es un material óptimo para fabricar una célula solar de banda intermedia de alta eficiencia. Aparte del interés científico, el interés práctico en la investigación sobre células solares de banda intermedia basadas en silicio reside en que, al ser el silicio el material dominante en el mercado, el incremento de unos pocos puntos de eficiencia impactaría significativamente en el mercado. No obstante, en la actividad A4.2 se pretende explorar, por implantación iónica de ciertas impurezas como Ti, V y Cr, la posibilidad de fabricar materiales de banda intermedia en GaP y/o AlGaAs. En este sentido, cálculos teóricos basados en teoría de densidad de funcionales (DFT) han predicho para algunos de estos sistemas, la formación de una banda intermedia en el gap del semiconductor. En esta línea, el Grupo CSIC-IMM y el Laboratorio IBLAB suministrarán las muestras de AlGaAs sobre las que el Grupo LDYM realizaría las implantaciones iónicas. Los substratos de GaP para los ensayos se adquirirían

comercialmente.

La actividad A4.3 persigue la fabricación de una célula solar de banda intermedia basada en puntos cuánticos de InAs en barreras de AlGaAs. El Grupo CSIC-IMM lidera esta tarea. Fabricará las estructuras en su reactor de epitaxia de haces moleculares y los dispositivos finales serán fabricados y caracterizados en IBLAB.

La actividad A4.4, liderada por CSIC-ICP y apoyada por el GCC, buscará mediante cálculos mecano cuánticos nuevos materiales de banda intermedia y tratará de encontrar métodos de síntesis en la medida de lo posible.

Así, aparte de que dentro dea la serie de sulfuros ya propuestos con anterioridad se profundizará con varias espectroscopías en la comprensión de su mecanismo de acción,, se explorarían ahora compuestos basados en nitruros y óxidos. En principio se estudiará la posibilidad de usar la espinela ZnTi2N2O2 (que según cálculos preliminares podría ser termodinámicamente abordable y tiene un bandgap apropiado) como punto de partida para obtener materiales de banda intermedia, determinando mediante cálculos cuánticos el elemento sustituyente más adecuado, y se abordará la síntesis, tanto del compuesto de partida como del sustituido, mediante métodos de amonolisis de precursores óxido en fase gaseosa o usando un líquido iónico como disolvente. Si la síntesis tiene éxito se determinará teóricamente la absorción óptica, que permitirá interpretar los datos experimentales, y se comprobará el funcionamiento de la banda intermedia en el material mediante la técnica fotocatalítica que tan buen resultado ha dado con los sulfuros. En una segunda fase se estudiarán otros oxinitruros o nitruros, y se intentarán otros materiales simples como el TiO2 con sustitución parcial de iones óxido por combinaciones de nitruro y otros aniones.

OBJETIVOS INTERDISCIPLINARES

PLAN DE FORMACION

Se busca realizar acciones en distintos ámbitos que nos permitan alcanzar los siguientes objetivos:

 

  1. Incrementar la masa de personal investigador altamente cualificado con el fin de aportar solidez tanto al sistema de investigación como al tejido productivo fotovoltaico.

 

  1. Incentivar el desarrollo de nuevas carreras profesionales en el sector de la I+D+i y dotar de nuevas aptitudes a los investigadores.

 

  1. Impulsar la enseñanza de la disciplina fotovoltaica en sus diversos ámbitos científico-tecnológicos

 

  1. Promover y fomentar el establecimiento de redes y contactos externos.

PLAN DE IMPACTO

Con objeto de maximizar los resultados del Programa MADRID-PV, se llavan a cabo las siguientes actividades:

 

  • Creación y mantenimiento de la web del Programa: fácil, sencilla y didáctica.
  • Fomento de las publicaciones
    • En revistas científicas internacionales de alto impacto
  • En publicaciones dedicadas al sector industrial
  • En acceso abierto al público en general.
    • Generación de patentes y de propiedad industrial que valoricen los resultados de la investigación.
    • Participación en Ferias y eventos destinados a la divulgación de la ciencia y tecnología como en aquellos destinados a profesionales del sector.
    • Abrir a terceros la oferta tecnológica de nuestros equipos

     

    ACTIVIDAD DEL LABORATORIO

    La contribución de IBLAB al Programa MADRID-PV se centra en el desarrollo de las siguientes líneas de actuación:

     

     

    • Mejorar la oferta de servicios mediante la inclusión de nuevas técnicas y equipamiento.

     

    • Contribuir al Programa de Formación del Consorcio mediante acciones específicas como la formación de técnicos de laboratorio.

     

    • Mantener su compromiso con la normativa de calidad