Células fotovoltaicas de concentraciónrelación estructura versus propiedades electrónicas

Resumen

La necesidad de encontrar respuestas y soluciones a los problemas que limitan la eficiencia de conversión de un dispositivo solar de multiuniones (sistema de concentración), como son los defectos que se generan en el crecimiento de la estructura heteroepitaxial, es el motor de la presente tesis doctoral. Las células solares objeto de estudio se basan en materiales semiconductores III-V, crecidos mediante deposición química en fase vapor con precursores organometálicos (MOCVD), sobre sustrato de Germanio. Este estudio está dividido en dos bloques: 1. El estudio de monocapas de InxGa1-xP crecidas en diferentes condiciones, en concreto, variando la temperatura de crecimiento y los flujos de los precursores organometálicos In-(CH3)2 y PH3. El estudio de estas muestras se llevó a cabo mediante técnicas de microscopía electrónica de transmisión (TEM), tales como CTEM (microscopía electrónica de transmisión en modo convencional), para el análisis de los defectos reticulares y composicionales que aparecen en las distintas capas. Además, se utilizó STEM-HAADF (scanning transmission electron microscopy-high angle annular dark field) para cuantificar la modulación de composición (MC) y poder de esta forma establecer la influencia de la composición de las capas en las propiedades opto-electrónicas del material. A los estudios de TEM se sumaron los de CL (Cátodoluminisciencia) y Efecto Hall para el análisis de propiedades opto-electrónicas tales como movilidad y densidad de portadores. La comparación de los resultados obtenidos mediante estas técnicas llevó a concluir las condiciones de crecimiento óptimas para conseguir monocapas de InxGa1-xP libre de defectos cristalinos con propiedades opto-electrónicas adecuadas para la fabricación de células solares. 2. El estudio de estructuras completas de células solares multiunión InGaP/InGaAs/Ge para obtener información sobre cómo los defectos encontrados a nivel de monocapa pueden propagarse y generar problemas en la eficiencia final de conversión del dispositivo solar. La relación entre los estudios TEM y las variaciones de las propiedades electrónicas contribuyeron a mejorar el diseño de las células solares de concentración con una eficiencia próxima a la barrera del 41%.