Investigación y Desarrollo en Energía Solar Fotovoltaica en el Departamento Energía Solar de la CNEA

M. ALURRALDE; M. BARRERA; J. GARCÍA; P. GIUDICI; E. GODFRIN; A. KOFFMAN; M.L. IBARRA; M.D. PÉREZ; J. PLA; H. SOCOLOVSKY; E. YACCUZZI

Buenos Aires

Congreso; International Solar Cities Congress; 2014

El Departamento Energía Solar (DES) realiza investigación básica y aplicada en el campo de los dispositivos fotovoltaicos y los materiales que los constituyen. El DES comenzó estudiando celdas solares de Si monocristalino y posteriormente incorporó líneas de investigación referidas a dispositivos de nuevos materiales como los orgánicos y los semiconductores III-V. En cuanto a dispositivos basados en Si, se estudian métodos de optimización, simulación numérica, fabricación y caracterización, que incluyen técnicas antirreflectantes, optimización de contactos, y caracterización eléctrica y electrónica. La incorporación de celdas solares de alta eficiencia para aplicaciones espaciales basadas en semiconductores III-V en los paneles solares (fabricados en el DES) de las misiones SAOCOM y SAC-D de la CONAE motivó el estudio de dichas celdas. Los valores de eficiencia de conversión obtenidos para estos dispositivos, hasta un 45% a nivel laboratorio para aplicaciones con concentración, los posicionan asimismo como una tecnología emergente para aplicaciones terrestres. En una primera etapa se trabajó en el modelado numérico y la caracterización eléctrica y electrónica de las celdas. Las simulaciones se realizan a través del código D-AMPS-1D (New Developments - Analysis of Microelectronic and Photonic Devices ? One Dimensional) obteniéndose, entre otros resultados, la curva corriente - tensión (J-V) y la eficiencia cuántica externa (EQE). Se implementaron experimentalmente la caracterización eléctrica (J-V) y electrónica (EQE) para el estudio de las celdas III-V, tanto homojunturas como multijunturas. En la actualidad se están desarrollando técnicas de estudio de defectos de semiconductores mediante fotoluminiscencia y DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). Por otra parte, se están dando los primeros pasos tendientes a la fabricación de los dispositivos basados en semiconductores III-V, desde el crecimiento epitaxial de la estructura de capas que los constituyen hasta el depósito de los contactos y capas antirreflectantes. Asimismo, en el DES se investiga también el efecto del daño por radiación que las celdas solares para aplicaciones espaciales sufren en órbita. A tal fin, se diseñó y se construyó una cámara de irradiación en una de las líneas del acelerador TANDAR de la CNEA, que permite hacer estudios in-situ de daño con protones, de energía del orden de los 10 MeV, así como de otros iones pesados disponibles en el acelerador para emular procesos específicos como el producido por partículas únicas de muy alta energía. En cuanto a técnicas de caracterización estructural, se están implementando las técnicas de reflectividad de rayos X, espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido sobre muestras en sección transversal. Otra línea de investigación está dedicada a la fabricación y caracterización de dispositivos fotovoltaicos híbridos que combinan materiales orgánicos e inorgánicos. En particular se estudia la incorporación de colorantes poliméricos y moleculares en una matriz porosa de TiO2 preparada por el método sol-gel para fabricar dispositivos de capa delgada con espesores totales de entre 150-200 nm. Como parte de las actividades de I+D, el DES promueve la formación de recursos humanos en energía solar fotovoltaica, lo que resulta en promover la realización de trabajos finales de carrera, Tesis de Licenciatura, de Maestría y Doctorales así como también estadías Post- Doctorales.