State of the art of solar cells technology based on III-V semiconductors

En años recientes se observa un notable desarrollo de materiales y diseños de celdas solares destacándose particularmente las multijunturas basadas en semiconductores III-V, que configuran los dispositivos fotovoltaicos de la más alta eficiencia de conversión energética lograda hasta el momento. En esta tecnología, hemos observado la transición entre el estándar de tres junturas basado en materiales ajustados en el parámetro de red hacia arquitecturas basadas en materiales cuya energía de gap permite un mejor ajuste al espectro solar. Las estrategias abordadas son básicamente dos: i) utilizar materiales de composición graduada que posibilitan la ingeniería del gap accediendo a valores del mismo más apropiados para la absorción del espectro solar; ii) la unión de estructuras de semiconductores ajustados en el parámetro de red pero crecidas sobre sustratoscristalinos diferentes. Estas estrategias lograron sucesivamente los últimos récords en la eficiencia de conversión, llegando recientemente al diseño de un dispositivo de 6 junturas con una eficiencia de 47,1% a 143 soles de concentración. La tecnología de multijunturas III-V, ya consolidada en el mercado espacial y con productos comerciales para aplicaciones terrestres, emerge como candidata a ocupar un lugar de relevancia en un mercado dominado por la tradicional tecnología basada en el Si cristalino.In recent years, a noticeable development of materials and designs of lab level solar cells is observed. Among the emergent technologies, III-V based multijunctions highlight particularly, and configure the highest efficiency conversion photovoltaic devices ever accomplished. Inside this technology, we witnessed the transition between the standard 3-junction devices based on lattice matched materials towards architectures based on materials whose band gap allows a better match to the solar spectrum. The strategies addressed are basically two: i) the utilization of compositional graded materials, that allow the gap engineering to approach values closer to the ideal to the solar spectrum absorption; ii) bonded lattice matched semiconductor structures grew on different crystalline substrates. These strategies achieved the last successive records on the conversion efficiency, reaching recently up to the design of a 6-junction device with an efficiency of 47.1% at 143 suns of concentration. The III-V multijunction technology, already consolidated in the space market and with commercial products for terrestrial applications, emerges as a candidate to take a relevant role in a global market dominated by the traditional technology based on crystalline Si.Fil: Pla, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes | Comision Nacional de Energia Atomica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnologia - Nodo Constituyentes.; Argentina. Comision Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia Física (CAC). Grupo Energía Solar; Argentin

Avances en el estudio de celdas solares basadas en materiales III-V

Las celdas solares basadas en materiales semiconductores III-V han adquirido una gran relevancia en el mercado espacial, a la vez que comienzan a ser consideradas para aplicaciones terrestres en sistemas con concentración. En el Grupo Energía Solar (GES) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) se está trabajando en el estudio de este tipo de dispositivos en el marco de un proyecto de colaboración científica entre el GES de la CNEA y el Instituto IMEMCNR de Parma, Italia, quienes se especializan en la deposición de películas semiconductoras III-V de interés fotovoltaico mediante la técnica MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy). Asimismo, en el tema específico de simulación de dispositivos III-V, se estableció una colaboración con el INTEC de Santa Fe extendiéndose también el estudio hacia esta área. Se presentan los avances realizados durante el último año referidos a la caracterización de estructuras crecidas por MOVPE, optimización y simulación numérica de dispositivos, y finalmente la caracterización electrónica de los mismos.Solar cells based on III-V semiconductor materials have acquired great relevance in the market of devices for space applications, and they began to be considered for terrestrial applications in concentration systems. Studies about this type of devices are being carried out in the Solar Energy Group (GES) of the National Atomic Energy Commission (CNEA) in the frame of a scientific collaboration project between GES-CNEA and the IMEM-CNR Institute from Parma, Italy, who are specialists in the deposition of III-V semiconductor films of photovoltaic interest using the MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy) technique. In the specific issue of simulation of III-V devices a collaboration with the INTEC Institute from Santa Fe, Argentina, was established by extending the study also to this area. Advances performed in the last year referred to material characterization of structures grown by MOVPE, optimization and numerical simulation of devices, and finally the electronic characterization of III-V devices are presented.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Avances en el estudio de celdas solares basadas en materiales III-V

Las celdas solares basadas en materiales semiconductores III-V han adquirido una gran relevancia en el mercado espacial, a la vez que comienzan a ser consideradas para aplicaciones terrestres en sistemas con concentración. En el Grupo Energía Solar (GES) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) se está trabajando en el estudio de este tipo de dispositivos en el marco de un proyecto de colaboración científica entre el GES de la CNEA y el Instituto IMEMCNR de Parma, Italia, quienes se especializan en la deposición de películas semiconductoras III-V de interés fotovoltaico mediante la técnica MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy). Asimismo, en el tema específico de simulación de dispositivos III-V, se estableció una colaboración con el INTEC de Santa Fe extendiéndose también el estudio hacia esta área. Se presentan los avances realizados durante el último año referidos a la caracterización de estructuras crecidas por MOVPE, optimización y simulación numérica de dispositivos, y finalmente la caracterización electrónica de los mismos.Solar cells based on III-V semiconductor materials have acquired great relevance in the market of devices for space applications, and they began to be considered for terrestrial applications in concentration systems. Studies about this type of devices are being carried out in the Solar Energy Group (GES) of the National Atomic Energy Commission (CNEA) in the frame of a scientific collaboration project between GES-CNEA and the IMEM-CNR Institute from Parma, Italy, who are specialists in the deposition of III-V semiconductor films of photovoltaic interest using the MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy) technique. In the specific issue of simulation of III-V devices a collaboration with the INTEC Institute from Santa Fe, Argentina, was established by extending the study also to this area. Advances performed in the last year referred to material characterization of structures grown by MOVPE, optimization and numerical simulation of devices, and finally the electronic characterization of III-V devices are presented.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial para la generación de energías limpias

La polución ambiental acumulada durante las últimas décadas sumado a la constante disminución de los recursos naturales de fuentes de energía no renovables, hacen que la conversión de energía sea uno de los problemas más importantes a resolver a nivel mundial. Sobre este punto, la línea de investigación que se presenta se basa en la utilización de técnicas de inteligencia artificial subsimbólica para el estudio de sistemas físicos relacionados con aplicaciones ambientales para la generación de energías limpias. En particular, se propone el estudio de celdas solares multijunturas para aplicaciones terrestres y espaciales, con el propósito de obtener diseños óptimos de estos dispositivos con una relación costo-eficiencia por encima de las obtenidas actualmente. Estos dispositivos constituyen una de las tecnologías más prometedoras para generar energía de forma no contaminante y eficiente para aplicaciones domésticas, industriales y en vehículos espaciales. La utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial como instrumentos de cálculo y análisis, posibilita reproducir resultados experimentales, realizar estudios sobre sistemas, procesos, propiedades o parámetros físicos difíciles de medir de manera experimental, permitiendo reducir los tiempos y los costos de los ensayos.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial para la generación de energías limpias

La polución ambiental acumulada durante las últimas décadas sumado a la constante disminución de los recursos naturales de fuentes de energía no renovables, hacen que la conversión de energía sea uno de los problemas más importantes a resolver a nivel mundial. Sobre este punto, la línea de investigación que se presenta se basa en la utilización de técnicas de inteligencia artificial subsimbólica para el estudio de sistemas físicos relacionados con aplicaciones ambientales para la generación de energías limpias. En particular, se propone el estudio de celdas solares multijunturas para aplicaciones terrestres y espaciales, con el propósito de obtener diseños óptimos de estos dispositivos con una relación costo-eficiencia por encima de las obtenidas actualmente. Estos dispositivos constituyen una de las tecnologías más prometedoras para generar energía de forma no contaminante y eficiente para aplicaciones domésticas, industriales y en vehículos espaciales. La utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial como instrumentos de cálculo y análisis, posibilita reproducir resultados experimentales, realizar estudios sobre sistemas, procesos, propiedades o parámetros físicos difíciles de medir de manera experimental, permitiendo reducir los tiempos y los costos de los ensayos.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial para la generación de energías limpias

La polución ambiental acumulada durante las últimas décadas sumado a la constante disminución de los recursos naturales de fuentes de energía no renovables, hacen que la conversión de energía sea uno de los problemas más importantes a resolver a nivel mundial. Sobre este punto, la línea de investigación que se presenta se basa en la utilización de técnicas de inteligencia artificial subsimbólica para el estudio de sistemas físicos relacionados con aplicaciones ambientales para la generación de energías limpias. En particular, se propone el estudio de celdas solares multijunturas para aplicaciones terrestres y espaciales, con el propósito de obtener diseños óptimos de estos dispositivos con una relación costo-eficiencia por encima de las obtenidas actualmente. Estos dispositivos constituyen una de las tecnologías más prometedoras para generar energía de forma no contaminante y eficiente para aplicaciones domésticas, industriales y en vehículos espaciales. La utilización de técnicas subsimbólicas de la inteligencia artificial como instrumentos de cálculo y análisis, posibilita reproducir resultados experimentales, realizar estudios sobre sistemas, procesos, propiedades o parámetros físicos difíciles de medir de manera experimental, permitiendo reducir los tiempos y los costos de los ensayos.Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Estudio de dispositivos y materiales semiconductores bajo condiciones adversas de funcionamiento a través de herramientas TCAD

La línea de investigación que se presenta está orientada al diseño y optimización de dispositivos y materiales semiconductores, cuando se encuentran operando bajo condiciones desfavorables de funcionamiento. Ejemplo de estas situaciones ocurren cuando están expuestos a radiación ionizante, ya sea a nivel de la superficie terrestre como en sistemas que están en órbita. Uno de los dispositivos que particularmente se propone estudiar son las celdas solares de tercera generación, específicamente celdas multijunturas basadas en heterojunturas de semiconductores compuestos III-V. Estos dispositivos constituyen hoy en día las celdas de mayor eficiencia y presentan un marcado interés tecnológico en sistemas fotovoltaicos de alta concentración solar para aplicaciones tanto terrestres como espaciales. El estudio se lleva a cabo a partir de la utilización de herramientas TCAD, las cuales constituyen un poderoso instrumento para reproducir resultados experimentales, estudiar propiedades específicas, predecir comportamientos de dispositivos y materiales bajo diferentes condiciones de operación, brindando importantes conocimientos previos a la experimentación.Eje: Arquitectura , Redes y Sistemas OperativosRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Estudio de materiales fotosensibles e hidruros : Su aplicación a dispositivos electrónicos y reservorios de hidrógeno

En este trabajo se muestra el estudio realizado sobre materiales que serán utilizados en el diseño de una celda solar para su aplicación en el ciclo de producción de hidrógeno, también en este contexto se han estudiado compuestos capaces de almacenar el hidrógeno producido, de manera de cerrar el círculo propuesto de generación y almacenamiento de hidrógeno. En la primera etapa, se realizó el estudio de materiales semiconductores mediante primeros principios, con esta herramienta se estudiaron las propiedades electrónicas de los sistemas M:TiO2 (donde M: metales de transición 3d). En la segunda etapa, se llevó a cabo la modelización de una celda solar multijuntura, empleando los materiales obtenidos en la primera etapa. Mediante el diseño propuesto de la estructura de la celda solar se logró una eficiencia del 10% para la producción del hidrógeno. Finalmente, en la tercera y última etapa, una vez obtenido el hidrógeno, se realizaron estudios para determinar cuáles serían los materiales más viables para retener y liberar el H. Con esta finalidad, se estudiaron series de hidruros binarios y ternarios, con diferentes estructuras cristalinas, para determinar que compuesto presenta una mejor perspectiva para el almacenamiento de H.Facultad de Ingenierí

Colectores y planta depuradora de líquidos cloacales - ciudad de Córdoba

Práctica Supervisada (IC)--FCEFN-UNC, 2018Hace hincapié al sistema de recolección y tratamiento de los efluentes cloacales, donde se generan colapsos existentes en la red debido a la falta de infraestructura que no soporta las conexiones, como asi también problemas de obstrucción por escombros, cartones, plásticos, pañales, aceites, etc. que la gente arroja al sistema y solo el 45 % de la población cuenta con este servicio.Ofrece promover la expansión del servicio, lograr la explotación eficiente del mismo, posibilitar la configuración de régimenes de regulación y control independientes, que preserven los derechos y obligaciones de los usuarios y también de la empresa prestadora,y proteger los recursos hídricos y el medio ambient

Síntesis y caracterización de películas delgadas de Cu2ZnSnS4 depositadas por CBD, asistida con membrana de difusión

En este trabajo se hicieron aportes a la síntesis y caracterización de películas delgadas del compuesto Cu2ZnSnS4 (CZTS) lo cual condujo a obtener propiedades estructurales, ópticas y morfológicas, adecuadas para ser usadas como capa absorbente en celdas solares; la síntesis del CZTS se realizó mediante deposición secuencial de películas delgadas de Cu2SnS3 y ZnS seguido de recocido en atmósfera de nitrógeno a 500C. La deposición del compuesto ternario Cu2SnS3 se realizó siguiendo una ruta novedosa desarrollada por nuestro grupo de investigación que consiste en co-precipitar los compuestos Cu2S y SnS2 por el método CBD (Chemical Bath Deposition) asistido con membranas de difusión, con la finalidad de favorecer el crecimiento en fase heterogénea principalmente mediante un mecanismo ion-ion. El reactor usado para este propósito fue diseñado e implementado en el marco de este trabajo. A través de un exhaustivo estudio de parámetros se encontraron condiciones que condujeron a la formación de películas delgadas de Cu2SnS3; el conjunto de parámetros que dio lugar al crecimiento de películas delgadas de Cu2SnS3 es el siguiente: [Sn2+]=70mM, [Cu2+]=15mM, [Cit3-]/ [Sn2+]=2,6, [Na2S2O3]=160mM, pH=5.5, tiempo de reacción=1h, temperatura de síntesis= 80°C. Se encontró que el compuesto Cu2SnS3 se forma directamente a través de la coprecipitación de Cu2S y SnS2 sin necesidad de realizar un tratamiento térmico posterior. Por otro lado se realizó el estudio de parámetros que permitió encontrar condiciones de crecimiento del compuesto ZnS usando el método CBD convencional; este estudio indicó que el crecimiento del compuesto ZnS se puede realizar usando los siguientes parámetros: [Zn2+]=30mM, [CH4N2S]=400mM, [Na3C6H5O7]. [H2O]= 48mM, pH=10, temperatura = 80°C. Posterior al estudio que permitió encontrar condiciones óptimas para el crecimiento de películas delgadas de Cu2SnS3 y ZnS, estos materiales se usaron como precursores para la formación del compuesto cuaternario Cu2ZnSnS4 a través de deposición secuencial de estos y posterior recocido a 500°C en atmósfera de nitrógeno a presión controlada del orden de 1X10-1 m Bar. Un estudio que incluyó el efecto del espesor de las capas precursoras permitió encontrar condiciones para la formación de la fase Cu2ZnSnS4. La caracterización realizada usando espectroscopía Raman y difracción de rayos x (XRD) corroboró la formación del compuesto Cu2ZnSnS4 con estructura tetragonal tipo kesterita, libre de fases secundarias. Análisis a través de la técnica XPS reveló que este material presenta estados de oxidación propios del compuesto de interés CZTS. Mediante caracterización óptica realizada a través de medidas de transmitancia y reflectancia espectral se encontró que el compuesto CZTS presenta un gap de energía de 1,41eV y un coeficiente de absorción mayor a 1X104 cm-1, lo cual indica que este material tiene propiedades adecuadas para ser usado como capa absorbente en celdas solares.Abstract In this work we made contributions to the synthesis and characterization of thin films of compound Cu2ZnSnS4 (CZTS) with structural, optical and morphological properties, suitable to be used as an absorbent layer in solar cells. The synthesis of CZTS was performed by sequential deposition of thin films of Cu2SnS3 and ZnS followed by annealing at 550C in a nitrogen atmosphere. The deposition of the ternary compound Cu2SnS3 was carried out following a new route developed by our research group consisting of co-precipitating the binary compounds Cu2S and SnS2 by the CBD (Chemical Bath Deposition) method assisted with diffusion membranes, in order to favor the heterogeneous growth mainly through an ion-ion mechanism. The reactor used for this purpose was designed and implemented in the framework of this work. Through an exhaustive study of parameters were found conditions that led to the formation of thin films of Cu2SnS3. The set of parameters that gave place to the growth of thin films of Cu2SnS3 is the following one: [Sn2+]=70mM, [Cu2+]=15mM, [Cit3-]/[Sn2+]=2,6, [Na2S2O3]=160mM, pH=5.5, reaction time = 1h, synthesis temperature= 80°C. It was found that the compound Cu2SnS3 is formed directly through the co-precipitation of Cu2S and SnS2 without the need to make a subsequent heat treatment. On the other hand, there was realized a study of parameters that allowed to find conditions to grow the compound ZnS using the conventional CBD method; this study indicated that the growth of the ZnS compound can be performed using the following parameters: [Zn2+]=28mM, [CH4N2S]=400mM, [Na3C6H5O7]. [H2O]= 48mM, pH=10, temperature = 80°C. Subsequent to the study that enabled us to find optimal conditions for the growth of thin films of Cu2SnS3 and ZnS, these materials were used as precursors for the formation of the quaternary compound Cu2ZnSnS4 through the sequential deposition of these and subsequent annealing at 550 °C in an atmosphere of nitrogen under a controlled N2 pressure of the order of 1X10-1 mbar. A study that included the effect of the thickness of the precursor layers and parameters of post annealing allowed to find conditions for the formation of the Cu2ZnSnS4 phase. Characterization performed using Raman spectroscopy and x-ray diffraction confirmed the formation of the Cu2ZnSnS4 compound with kësterite type tetragonal structure, free of secondary phases. XPS analysis revealed that this material presents oxidation states proper of the compound of interest CZTS. Using optical characterization performed through measures of spectral transmittance and reflectance was found that the compound CZTS presents a gap of energy of 1.41 eV and an absorption coefficient greater than 1X104 cm-1, indicating that this material has properties suitable to be used as absorbent layer in solar cells.Maestrí