Estudio teórico de estrategias para el incremento de eficiencia en celdas solares

Abstract

Como primera parte de este trabajo presentado, un modelo matemático es desarrollado bajo la teoría de Sah y Noyce para analizar, comprender y predecir el comportamiento de celdas solares en configuración de hetero-estructuras. La celda está principalmente basada en la aplicación de 4 películas delgadas de diferentes materiales: Vidrio, Óxido de Indio y Estaño ITO, Sulfuro de Cadmio CdS, una capa activa, la cual es variada a través del estudio, y un contacto trasero. El estudio se enfoca en aplicar el análisis óptico y eléctrico para definir qué parámetros involucrados son los más críticos al momento de determinar y mejorar la eficiencia. Algunos de los parámetros considerados son el ancho de la región de carga espacial, concentración de la diferencia entre donadores y aceptores y el grosor de la capa activa, entre otros. La eficiencia máxima η de la celda es calculada usando un Sistema de Modelado Matemático (SMM) desarrollado en Matlab. Utilizando el SMM la eficiencia cuántica interna también es calculada y estudiada. El grosor de la capa efectiva varía desde 0.5 a 2 μm, utilizando el SMM tres casos de materiales como capa activa son estudiados: PbS, CdTe, y CdSe. El análisis se hace bajo condiciones de AM 1.5 directo. La segunda parte de esta tesis consta de un estudio el cual tiene como objetivo encontrar correlaciones entre diferentes materiales para retardar el efecto de recombinación entre electrones y huecos, con el fin de obtener una alternativa competitiva de una celda solar. El modelo consiste en una estructura de Seleniuro de Cadmio (CdSe), la cual busca remplazar estructuras de Silicio, y al mismo tiempo se adhieren tres nano partículas de un metal noble diferente en cada celda unitaria modelada. Este estudio está basado en simulaciones utilizando COMSOL. Las nano partículas son puestas de la siguiente manera: dos en la parte superior de la estructura de CdSe (izquierda y derecha) y una al fondo del nano hueco. Los metales utilizados como nano partículas son: Titanio (Ti), Paladio (Pd), Platino (Pt) y Mercurio (Hg). Finalmente, el comportamiento del campo eléctrico de cada estructura es obtenido.