Nuevas líneas de investigación en células fotovoltaicasMateriales y estructuras alternativosen la fabricación de células f...
Índice1 Introducción2 Células solares orgánicas3 Células solares híbridas4 Células solares de nanopartículas5 Situación ac...
IntroducciónEl silicio es el material dominante en la fabricaciónde células fotovoltaicasEs el material más abundante en l...
Introducción
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Células solares orgánicas¿Qué son?Células solares basadas en polímeros conductores.VentajasBajo coste de producción de los...
Células solares orgánicasPolímeros conductores (conjugados)Enlaces π deslocalizados a lo largo de la cadena polimérica ⇒ E...
Células solares orgánicasTipos de unionesUniones bicapaReplican la estructura original delas células fotovoltaicas mediant...
Células solares orgánicasTécnicas de fabricaciónTécnicas de evaporaciónSe basan en la evaporación demonómeros que se depos...
Células solares orgánicasTécnicas de fabricaciónProcesado desde disoluciónSe basan en técnicas de impresión convencionales...
Células solares híbridas¿Qué son?Células solares basadas en mezclas de polímeros conductores y nanopartículasde semiconduc...
Células solares híbridasPropiedades de las nanopartículasFotogeneración múltiple de pares electrón-huecoEl exceso de energ...
Células solares híbridasPropiedades de las nanopartículasModificación de la banda de absorción óptica de polímeros conducto...
Células solares híbridasDepósito de capasEl nanocompuesto híbrido se deposita de la misma forma que el polímero.No es nece...
Células solares de nanopartículas¿Qué son?Células solares basadas únicamente en nanopartículas de semiconductor.El objetiv...
Células solares de nanopartículasDepósito de capasSe depositan capas de nanocristales a partir de disoluciones concentrada...
Células solares de nanopartículasSíntesis de nanopartículasLas nanopartículas se sintetizan mediante métodos de química co...
Situación actualCélulas solares poliméricasActividad comercial de células orgánicas fabricadas por evaporación.Konarka: Em...
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Células Fotovoltaicas por Juan Carlos Ferrer

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Células Fotovoltaicas por Juan Carlos Ferrer

  1. 1. Nuevas líneas de investigación en células fotovoltaicasMateriales y estructuras alternativosen la fabricación de células fotovoltaicasJuan Carlos FerrerÁrea de ElectrónicaUniversidad Miguel Hernández
  2. 2. Índice1 Introducción2 Células solares orgánicas3 Células solares híbridas4 Células solares de nanopartículas5 Situación actual
  3. 3. IntroducciónEl silicio es el material dominante en la fabricaciónde células fotovoltaicasEs el material más abundante en la corteza terrestreLas células de silicio mantienen la eficienciadurante decenas de añosSin embargo. . .Los equipos y procesos de fabricación son costososAprovecha parcialmente la energía del espectrosolar
  4. 4. Introducción
  5. 5. Introducción
  6. 6. Células solares orgánicas¿Qué son?Células solares basadas en polímeros conductores.VentajasBajo coste de producción de los polímeros conductores.Tecnología de fabricación simple.Posibilidad de utilizar substratos flexibles y de gran área.InconvenientesBaja eficiencia.Rápida degradación
  7. 7. Células solares orgánicasPolímeros conductores (conjugados)Enlaces π deslocalizados a lo largo de la cadena polimérica ⇒ Electroneslibres.Caracter conductor o semiconductor.Emisión y absorción de luz.Posibilidad de introducir impurezas tipo n o p ⇒ Fabricación de uniones pn.Solubles en disolventes orgánicos.Procesables mediante técnicas de entintado: spin coating, inkjet printing . . .
  8. 8. Células solares orgánicasTipos de unionesUniones bicapaReplican la estructura original delas células fotovoltaicas medianteun polímero donador y otroaceptador de electrones.Vidrio/PETITOactivaBicapaMetal−+Uniones dispersasMaximizan la superficie de contactode la unión entre el polímerodonador y aceptador de electronespara mejorar la eficiencia.Vidrio/PETITOMetal−+
  9. 9. Células solares orgánicasTécnicas de fabricaciónTécnicas de evaporaciónSe basan en la evaporación demonómeros que se depositan sobreun substrato.Evaporación en vacíoLos monómeros se depositandirectamente sobre elsubstrato.Permite depósitos de multiplescapas sin interacción entreellas.Los equipos de fabricación soncomplejos y costosos.Depósito en fase vaporUn gas inerte transporta losmonómeros hasta el substrato.Produce capas máshomogéneas
  10. 10. Células solares orgánicasTécnicas de fabricaciónProcesado desde disoluciónSe basan en técnicas de impresión convencionales. a partir del polímero endisolución.Procesado de substratos con gran superficie.Velocidad de procesado rápida
  11. 11. Células solares híbridas¿Qué son?Células solares basadas en mezclas de polímeros conductores y nanopartículasde semiconductor (nanocompuestos híbridos).El objetivo es modificar las propiedades ópticas y eléctricas del polímeromediante la inclusión de partículas inorgánicasVentajasMismas ventajas que las células orgánicas + . . .Fácil integración de las nanopartículas con el polímero.Fotogeneración múltiple de pares electrón-huecoModificación de la banda de absorción ópticaInconvenientesRápida degradación.Necesidad de disoventes compatibles con el polímero y las nanopartículasDificultades en la transferencia de carga.
  12. 12. Células solares híbridasPropiedades de las nanopartículasFotogeneración múltiple de pares electrón-huecoEl exceso de energía de los fotones ultravioleta se pierde en forma de caloren las células de silicio o poliméricas.Un fotón muy energético es capaz de generar múltiples pareselectrón-hueco cuando incide sobre una nanopartícula.La eficiencia se multiplica.e−h+e−h+
  13. 13. Células solares híbridasPropiedades de las nanopartículasModificación de la banda de absorción óptica de polímeros conductoresEs posible extender la banda de absorción de los polímeros conductores,añadiendo nanopartículas que captan fotones que no absorbe el polímero.Posibilidad de controlar la concentración y el tamaño de los nanocristales.
  14. 14. Células solares híbridasDepósito de capasEl nanocompuesto híbrido se deposita de la misma forma que el polímero.No es necesario cambiar la tecnología de depósito.Misma estructura de célula fotovoltaica.Los nanocristales actúan como material activo.Vidrio/PETITOMetal−+
  15. 15. Células solares de nanopartículas¿Qué son?Células solares basadas únicamente en nanopartículas de semiconductor.El objetivo es eliminar los inconvenietes del uso de los polímeros.VentajasMétodos de síntesis y deposito sencillosProcesables desde disoluciónFotogeneración múltiple de pares electrón-huecoModificación de la banda de absorción ópticaMenor degradaciónInconvenientesMenor estabilidad mecánicaCapas menos uniformesPosibilidad de cortocircuitos
  16. 16. Células solares de nanopartículasDepósito de capasSe depositan capas de nanocristales a partir de disoluciones concentradas.Es necesario estabilizar la superficie de las partículas para solubilizarlas yevitar su crecimiento.Vidrio/PETITOMetal−+
  17. 17. Células solares de nanopartículasSíntesis de nanopartículasLas nanopartículas se sintetizan mediante métodos de química coloidal.Se sintetiza un precursor que contiene el metal (Pb, Cd. . . ) y el agenteestabilizadorSH FCd(NO3)2F S Cd S FSe forman las partículas añadiendo un calcógeno (S, Se. . . )F S Cd S FSeCdSe
  18. 18. Situación actualCélulas solares poliméricasActividad comercial de células orgánicas fabricadas por evaporación.Konarka: Empresa pionera (2001) en la producción de células orgánicas.Eight19: Fabrica células flexibles para paises en vias de desarrollo.Heliatek: Produce células poliméricas con eficiencias del 12%.Células híbridasEficiencias experimentales por debajo de las esperadas teóricamente.Células de nanopartículasEn fase de desarrollo. Eficiencias del 7%.
  19. 19. Gracias por su atención

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