Técnicas avanzadas de caracterización de materiales semiconductores y de celdas solares de película delgada

Abstract

Para la fabricación de una celda solar eficiente, es necesario poder realizar una caracterización detallada de las propiedades ópticas y eléctricas de los materiales semiconductores que conformaran el dispositivo fotovoltaico. Para ello es necesario contar con técnicas de caracterización que permitan evaluar de manera efectiva tanto la calidad de los materiales semiconductores, como de las celdas solares fabricadas con los mismos. En la presente Tesis Doctoral se investigan las propiedades de películas delgadas de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), de perovskitas híbridas orgánicas-inorgánicas (POI), y de los dispositivos fotovoltaicos fabricados a partir de estos semiconductores. Se emplean para ello técnicas experimentales y modelos matemáticos que permiten tener una caracterización precisa sobre los materiales y dispositivos. Las técnicas experimentales empleadas se enmarcan dentro de los métodos de caracterización de propiedades optoelectrónicas de los materiales semiconductores y dispositivos fotovoltaicos. Las propiedades ópticas permiten determinar los parámetros característicos de los semiconductores con aplicaciones fotovoltaicas, como índice de refracción, energía de la banda prohibida (Eg), coeficiente de absorción (α) y espesor. Por otro lado, las propiedades eléctricas como movilidad de los portadores (µ), energía de activación (Ea) y longitud de difusión (Ld), de la mano con la conductividad eléctrica a oscuras y la fotoconductividad, brindan una visión completa sobre la calidad de las películas delgadas estudiadas.

In order to manufacture an efficient solar cell, it is necessary to perform a detailed characterization of the optical and electrical properties of the semiconductor materials that will make up the photovoltaic device. For this purpose, it is necessary to have characterization techniques that allow an effective evaluation of both the quality of the semiconductor materials and the solar cells manufactured with them. In this Doctoral Thesis, the properties of thin films of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), hybrid organic-inorganic perovskites (OIP), and photovoltaic devices fabricated from these semiconductors are investigated. For this purpose, experimental techniques and mathematical models are used to obtain a precise characterization of materials and devices. The experimental techniques used are part of the methods for characterizing the optoelectronic properties of semiconductor materials and photovoltaic devices. Optical properties allow to determine the characteristic parameters of semiconductors with photovoltaic applications, such as refractive index, band gap (Eg), absorption coefficient (α) and thickness. On the other hand, electrical properties such as carrier mobility (µ), activation energy (Ea) and diffusion length (Ld), together with electrical conductivity in the dark and photoconductivity, provide a comprehensive view of the quality of the thin films studied.