Preparación y caracterización de celdas solares nanoestructuradas basadas en colorantes orgánicos

Se prepararon celdas solares sensibilizadas por colorantes orgánicos (CSSCO) utilizando dióxido de titanio nanoporoso, colorante de rutenio y electrolitos basados en LiI o NaI y triioduro, utilizando técnicas corrientes de sinterización a bajas temperaturas y prescindiendo de procesos en alto vacío. Las caracterizaciones eléctricas de estas celdas arrojan eficiencias de hasta 4 % con densidades de corriente de cortocircuito de hasta 10 mA/cm2 y tensiones de vacío de hasta 850 mV que dependen del espesor de la capa de dióxido de titanio nanoporoso. Mediante modelado simple se detectó un limitante considerable del rendimiento en la resistencia serie de las celdas. En un rango que cubre un orden de magnitud de la concentración de triioduro, no se detectaron cambios importantes en el factor de idealidad y la tensión de circuito abierto de las celdas.Solar cells based on organic dyes were prepared using nanoporous titanium dioxide, ruthenium dye and electrolytes based on LiI, NaI and threeiodide, by sintering at low temperatures and avoiding high vacuum processes. The electrical characterizations of the prepared cells yield efficiencies of up to 4 %, short circuit current densities of up to 10 mA/cm2 and open circuit voltages of up to 850 mV, depending on the thickness of the nanoporous titanium dioxide layer. Using a simple model, the series resistance of the cells was found to be a major efficiency–limiting factor. Varying an order of magnitude in the threeiodide concentrations does not imply significant changes in diode ideality or in the open circuit voltage.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Preparación y caracterización de celdas solares nanoestructuradas basadas en colorantes orgánicos

Se prepararon celdas solares sensibilizadas por colorantes orgánicos (CSSCO) utilizando dióxido de titanio nanoporoso, colorante de rutenio y electrolitos basados en LiI o NaI y triioduro, utilizando técnicas corrientes de sinterización a bajas temperaturas y prescindiendo de procesos en alto vacío. Las caracterizaciones eléctricas de estas celdas arrojan eficiencias de hasta 4 % con densidades de corriente de cortocircuito de hasta 10 mA/cm2 y tensiones de vacío de hasta 850 mV que dependen del espesor de la capa de dióxido de titanio nanoporoso. Mediante modelado simple se detectó un limitante considerable del rendimiento en la resistencia serie de las celdas. En un rango que cubre un orden de magnitud de la concentración de triioduro, no se detectaron cambios importantes en el factor de idealidad y la tensión de circuito abierto de las celdas.Solar cells based on organic dyes were prepared using nanoporous titanium dioxide, ruthenium dye and electrolytes based on LiI, NaI and threeiodide, by sintering at low temperatures and avoiding high vacuum processes. The electrical characterizations of the prepared cells yield efficiencies of up to 4 %, short circuit current densities of up to 10 mA/cm2 and open circuit voltages of up to 850 mV, depending on the thickness of the nanoporous titanium dioxide layer. Using a simple model, the series resistance of the cells was found to be a major efficiency–limiting factor. Varying an order of magnitude in the threeiodide concentrations does not imply significant changes in diode ideality or in the open circuit voltage.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Preparación y caracterización de celdas solares nanoestructuradas basadas en colorantes orgánicos

Se prepararon celdas solares sensibilizadas por colorantes orgánicos (CSSCO) utilizando dióxido de titanio nanoporoso, colorante de rutenio y electrolitos basados en LiI o NaI y triioduro, utilizando técnicas corrientes de sinterización a bajas temperaturas y prescindiendo de procesos en alto vacío. Las caracterizaciones eléctricas de estas celdas arrojan eficiencias de hasta 4 % con densidades de corriente de cortocircuito de hasta 10 mA/cm2 y tensiones de vacío de hasta 850 mV que dependen del espesor de la capa de dióxido de titanio nanoporoso. Mediante modelado simple se detectó un limitante considerable del rendimiento en la resistencia serie de las celdas. En un rango que cubre un orden de magnitud de la concentración de triioduro, no se detectaron cambios importantes en el factor de idealidad y la tensión de circuito abierto de las celdas.Solar cells based on organic dyes were prepared using nanoporous titanium dioxide, ruthenium dye and electrolytes based on LiI, NaI and threeiodide, by sintering at low temperatures and avoiding high vacuum processes. The electrical characterizations of the prepared cells yield efficiencies of up to 4 %, short circuit current densities of up to 10 mA/cm2 and open circuit voltages of up to 850 mV, depending on the thickness of the nanoporous titanium dioxide layer. Using a simple model, the series resistance of the cells was found to be a major efficiency–limiting factor. Varying an order of magnitude in the threeiodide concentrations does not imply significant changes in diode ideality or in the open circuit voltage.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Solar Energy in Argentina

There is a large gap between the vast solar resources and the magnitude of solar energy deployment in Argentina. In the case of photovoltaics, the country only reached the 1000 GWh electricity generated yearly landmark in 2020. Solar thermal technology is even less developed, in part due to the low natural gas prices resulting from political strategies that aim to soften the impact of an unstable economy on family budgets. This review describes this gap by summarizing the current state of Argentine solar energy. We summarize the fundamental legal and strategic tools which are available for solar energy deployment, survey the penetration of solar energy into the country?s energy landscape, identify national contributions to the local value chain, and review past and present research and development achievements. Both photovoltaic and solar thermal technologies show a historical fluctuation between local technology development and imported technology and know-how. Finally, a discussion on the main ingredients required to abridge Argentina?s solar gap indicates that stronger, consistent long-term strategies are required in Argentina in order to take advantage of the present window of opportunity, and to play a considerable role in the global energy transition.Fil: Bragagnolo, Julio A.. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Navntoft, Christian. Universidad Tecnológica Nacional; Argentin

Comparison of device models for organic solar cells: Band-to-band vs. tail states recombination

The efficiency-limiting recombination mechanism in bulk-heterojunction (BHJ) solar cells is a current topic of investigation and debate in organic photovoltaics. In this work, we simulate state-of-the-art BHJ solar cells using two different models. The first model takes into account band-to-band recombination and field dependent carrier generation. The second model assumes a Shockley-Read-Hall (SRH) recombination mechanism via tail states and field independent carrier generation. Additionally, we include in both cases optical modelling and, thus, position-dependent exciton generation and non-ideal exciton collection. We explore both recombination mechanisms by fitting light and dark current-voltage (JV) characteristics of BHJ cells of five materials: P3HT, MDMO-PPV, MEH-PPV, PCDTBT and PF10TBT, all blended with fullerene derivatives. We show that although main device parameters such as short circuit current, open circuit voltage, fill factor and ideality factor are accurately reproduced by both Langevin and tail recombination, only tail recombination reproduces also the ideality factor of dark characteristics accurately. Nevertheless, the model with SRH recombination via tail states needs the inclusion of external circuitry to account for the heavy shunt present in all the blends, except P3HT:PCBM, when illuminated. Finally, we propose a means to find analytical expressions for the short circuit current by assuming a linear relation between the recombination rate and the concentration of free minority carriers. The model reproduces experimental data of P3HT cells at various thickness values using realistic parameters for this material. Dark JV measurement (circles) of a PCDTBT:PC 70BM solar cell (Park et al., Nature Photon. 3, 297 (2009) [1]), the fit with the model including recombination via tail states (solid line) and the fit with the model reported by (Koster et al., Phys. Rev. B 72, 085205 (2005) [2]) that includes bimolecular band-to-band recombination and charge transfer state (CTS) dissociation. The inset shows the JV curves under white light.Fil: Soldera, Marcos Maximiliano. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotécnica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Confluencia; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Universidad Nacional del Comahue. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrotécnica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Confluencia; ArgentinaFil: Kirchartz, Thomas. Imperial College London; Reino Unid

Optical and electrical optimization of all-perovskite pin type junction tandem solar cells

A definitive breakthrough of perovskite solar cells towards large scale industrialization is believed to be the demonstration of higher efficiencies than conventional silicon technology, suggesting the exploration of perovskite tandem cell configurations. Since high efficiency tandem solar cells require careful optimization of photoactive as well as contact and additional functional layers, we propose an optical-electrical model to obtain the optimum layer thicknesses and the attainable electrical output parameters of two-terminal perovskite-perovskite tandem solar cells. The optical model takes into account the coherent propagation of light through the layer stack comprising two perovskite semiconductors and the corresponding contact layers, while the electrical model assumes two series-connected analytical current/voltage equations for pin solar cells. This model allows to assess the impact of the main physical parameters on each perovskite layer without requiring the high specificity needed in more rigorous numerical simulations. Efficiencies above 34 % are predicted considering available perovskites with non-optimum bandgap and contact materials already proven in efficient laboratory solar cells. The requisite to attain such efficiencies is that recombination at the interfaces between the perovskite and contact materials is kept low in both bottom and top cells. Furthermore, within the assumption of non-optimum bandgaps of currently available perovskites, the simulation results suggest that efficiencies around 37 % are possible when adopting contact materials with smaller absorption, more adequate refraction indices, and lower resistivity.Fil: Soldera, Marcos Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingeniería Química | Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Grupo Vinculado Instituto de Ingeniería Química; Argentina. Technische Universität Dresden; AlemaniaFil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentin

Modelado de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida

Presentamos un modelo para simular el comportamiento de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida. El modelo tiene en cuenta la presencia de los pares electrón-hueco enlazado como precursores de los portadores libres y el transporte de los excitones fotogenerados. La aplicación del mismo permitió ajustar curvas de tensión-corriente y predecir la dependencia de la fotocorriente en función del espesor de la capa activa para celdas preparadas y medidas por otros autores. Los parámetros relevantes para el ajuste fueron restringidos a tres para mantener la simplicidad del modelo, los cuales son la movilidad de excitones dentro del material absorbente, la densidad efectiva de estados del orbital molecular desocupado más bajo del material absorbente y el ocupado más alto del material aceptor; y la constante de recombinación de los pares electrón-hueco enlazados.This paper introduces a model to simulate the behaviour of bulk heterojunction organic solar cells. The model takes into account the presence of bound electron-hole pairs as a previous state for free charge carriers, and also the transport of photogenerated excitons. Experimental current-voltage curves measured by other authors are fitted applying this model by matching three parameters, namely the exciton mobility within the absorber polymer, the recombination constant of bound electron-hole pairs, and the effective density of states in the molecular orbitals of the absorber. In the same way, current vs. active layer thickness data from the literature are appropriately reproduced by the model.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Modelado de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida

Presentamos un modelo para simular el comportamiento de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida. El modelo tiene en cuenta la presencia de los pares electrón-hueco enlazado como precursores de los portadores libres y el transporte de los excitones fotogenerados. La aplicación del mismo permitió ajustar curvas de tensión-corriente y predecir la dependencia de la fotocorriente en función del espesor de la capa activa para celdas preparadas y medidas por otros autores. Los parámetros relevantes para el ajuste fueron restringidos a tres para mantener la simplicidad del modelo, los cuales son la movilidad de excitones dentro del material absorbente, la densidad efectiva de estados del orbital molecular desocupado más bajo del material absorbente y el ocupado más alto del material aceptor; y la constante de recombinación de los pares electrón-hueco enlazados.This paper introduces a model to simulate the behaviour of bulk heterojunction organic solar cells. The model takes into account the presence of bound electron-hole pairs as a previous state for free charge carriers, and also the transport of photogenerated excitons. Experimental current-voltage curves measured by other authors are fitted applying this model by matching three parameters, namely the exciton mobility within the absorber polymer, the recombination constant of bound electron-hole pairs, and the effective density of states in the molecular orbitals of the absorber. In the same way, current vs. active layer thickness data from the literature are appropriately reproduced by the model.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Modelado de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida

Presentamos un modelo para simular el comportamiento de celdas solares orgánicas de heterojuntura distribuida. El modelo tiene en cuenta la presencia de los pares electrón-hueco enlazado como precursores de los portadores libres y el transporte de los excitones fotogenerados. La aplicación del mismo permitió ajustar curvas de tensión-corriente y predecir la dependencia de la fotocorriente en función del espesor de la capa activa para celdas preparadas y medidas por otros autores. Los parámetros relevantes para el ajuste fueron restringidos a tres para mantener la simplicidad del modelo, los cuales son la movilidad de excitones dentro del material absorbente, la densidad efectiva de estados del orbital molecular desocupado más bajo del material absorbente y el ocupado más alto del material aceptor; y la constante de recombinación de los pares electrón-hueco enlazados.This paper introduces a model to simulate the behaviour of bulk heterojunction organic solar cells. The model takes into account the presence of bound electron-hole pairs as a previous state for free charge carriers, and also the transport of photogenerated excitons. Experimental current-voltage curves measured by other authors are fitted applying this model by matching three parameters, namely the exciton mobility within the absorber polymer, the recombination constant of bound electron-hole pairs, and the effective density of states in the molecular orbitals of the absorber. In the same way, current vs. active layer thickness data from the literature are appropriately reproduced by the model.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Diseño y desarrollo de un sistema de caracterización de celdas fotovoltaicas por mapeo de fotocorriente

El siguiente trabajo describe el diseño de un sistema automático para la caracterización de celdas solares mediante mediciones de fotocorriente basadas la técnica de corriente inducida por un haz de luz o LBIC (Light Beam Induced Current). El sistema implementado consta de una mesa de microposicionamiento en los ejes x e y con una resolución máxima de 2 μm, de un diodo láser con elementos de enfoque como fuente de iluminación puntual y un medidor de fotocorriente. El proceso completo de medición de fotocorriente en función de la posición se realiza electrónicamente de manera automática y es configurado completamente por un operador desde una computadora mediante el ingreso de parámetros específicos en una interfaz gráfica diseñada. Se presentan ensayos y mediciones realizadas con el dispositivo terminado sobre celdas solares de silicio multicristalino industriales, hallando distintos tipos de defectos e inhomogeneidades electrónicas.The present work describes the design, development and implementation of an automatic system for the characterization of solar cells by the Light Beam Induced Current (or LBIC) technique. The implemented system consists of a laser head capable to be positioned along x and y axes with a maximum resolution of 2 μm, a laser diode as a source of punctual lighting provided with focusing components, and a photocurrent meter. The whole process of measuring is performed in an automatic way and controlled by a microcontroller. The measuring procedure is configured completely by an operator from a computer through the entry of specific parameters in a specifically designed graphical interface. We present measurements made with the finished device on industrial multicristalline silicon photovoltaic cells, finding different types of electronic inhomogeneities and defects in the cells.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES