Caracterización eléctrica y simulación numérica de celdas solares basadas en materiales III-V

E. YACCUZZI; M. BARRERA; F. RUBINELLI; J. PLÁ

Villa Carlos Paz

Congreso; 97ª Reunión Anual de la Asociación de Física Argentina; 2012

Los semiconductores tienen la capacidad de absorber la luz y entregar una porción de la energía de los fotones absorbidos a los portadores de la corriente eléctrica: electrones y huecos. Un campo eléctrico interno, dado por una juntura n-p (o p-n), separa los portadores y conduce la corriente eléctrica generada preferentemente en una dirección especíıfica. De este modo, una celda solar es simplemente un diodo semiconductor que ha sido cuidadosamente diseñado y construido para absorber de manera eficiente y convertir la energía luminosa del sol en energía eléctrica.Los semiconductores III-V son los materiales creados a partir de los elementos de las columnas III y V de la tabla periódica, como por ejemplo el GaAs, el InGaP, el AlInP, etc. Dichos semiconductores poseen varias características que los hacen especialmente adecuados para las celdas solares. Varios de ellos disponen de band gaps directos, y por lo tanto altos coeficientes de absorción, entre 1-2 eV que son apropiados para los dispositivos fotovoltaicos; el GaAs con un band gap de 1.42 eV, y Ga0,5In0,5P, con un band gap de 1.85 eV, son los más importantes en elestado actual de las celdas comerciales.Por otra parte, las celdas solares constituidas por materiales semiconductores III-V poseen alta eficiencia y resistenciaal daño por radiación. Debido a estas características, son particularmente aptas para aplicaciones espaciales, y asimismo constituye una tecnología emergente en el mercado en aplicaciones terrestres.Se midieron las curvas características I-V (corriente-tensión) de celdas solares basadas en materiales III-V, tanto de homojunturas como de multijunturas. Dichas curvas fueron obtenidas utilizando la técnica de cuatro puntas y un equipo comercial que permite el barrido de la curva y simultáneamente la adquisición de datos. Se realizaron mediciones con iluminación, bajo condiciones normalizadas, y a oscuras a temperatura constante. En paralelo se realizaron simulaciones de las características eléctricas de los dispositivos con el código D-AMPS-1D (NewDevelopments-Analysis of Microelectronic and Photonic Devices - One Dimensional ), cuyos resultados fueron comparados con los datos experimentales.