Modelado de curvas corriente tensión y respuesta espectral de celdas solares y sensores ópticos de película delgada

Abstract

En la presente tesis se estudia, a partir de diferentes aproximaciones, el modelado de curvas características corriente-tensión (I-V) y respuesta espectral (SR) para dispositivos de película delgada de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) y silicio micro-cristalino (uc-Si:H). Las investigaciones se realizaron en base a simulaciones efectuadas con el código D-AMPS, calibrando sus parámetros de entrada con datos experimentales y del ajuste de las curvas características de esos dispositivos. En primer lugar, se evalúan los alcances y la validez de la Aproximación Simmons-Taylor (AST) pudiéndose comprobar que es una aproximación aceptable para el modelado de dispositivos opto-electrónicos, tales como celdas solares y sensores ópticos, bajo distintos escenarios de temperatura, iluminación, configuración de la juntura, tensiones aplicadas, etc. Posteriormente, se presenta un nuevo algoritmo denominado ARD0K para evaluar las curvas I-V de dispositivos de película delgada cuando operan en condiciones de oscuridad y con una tensión inversa aplicada, que simplifica el formalismo de SRH. Esta nueva aproximación puede ser considerada como un complemento de la AST. También, se realizó un análisis del fenómeno conocido como efecto photogating complementario (EPGC), el cual refiere a SR mayores a la unidad para longitudes de onda en la zona del azul, para dispositivos n-i-p de uc-Si:H. Se pudieron determinar las condiciones necesarias para obtener SR mayores a uno en estos dispositivos. Además, se realizó un estudio de sensibilidad de la SR a determinados parámetros del dispositivo, como secciones eficaces de captura, movilidad de portadores, espesores, gap de movilidad, contenido espectral de la luz de polarización, etc.

The modelling of current-voltage (I-V) and spectral response (SR) curves of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and micro-crystalline silicon (uc-Si:H) thin-film device is studying in this thesis with different approximation. Our compute code D-AMPS was used in the researches, calibrating its input parameters with experimental data and fitting characteristic curves of those devices. Firstly, the scopes and the validity of the Simmons-Taylor approximation (STA) are evaluated. It was found to be an acceptable approximation for modelling of optoelectronic devices, such as solar cells and optical sensor, under different scenarios of temperature, lighting, junction configuration, voltages applied, etc. Then, a new algorithm called RDA0K is presented to evaluate the I-V curves of thin-film devices when they operate under dark conditions and with reverse voltage applied. This algorithm simplifies SRH formalism and can be considered as a complement to STA. Finally, we analysed the effect known as the complementary photo-gating effect (PGCE), which refers to SR greater than the unit for wavelengths in the blue zone, for uc-Si:H n-i-p device. The conditions necessary to obtain SR greater than one could be determined in these devices. In addition, a sensitivity study of SR was performed on certain parameters of the device, such as capture cross-sections, carrier mobility, mobility gap, thickness, spectral content of the polarization light, etc.