Celdas De Banda Intermedia

Índice
INTRODUCCIÓN 2
CONTENIDOS 3
1. Absorción de fotones de energía inferior al gap y mejora de la eficiencia de conversión fotovoltaica 5
2. Modelo radiativo avanzado de la célula de banda intermedia 7
3. Refinamientos de la teoría de la célula de banda intermedia 11
3.1. Influencia conjunta de la anchura de la banda intermedia y de los potenciales químicos en los procesos deabsorción y de emisión de luz. 11
3. 2. Ionización por impacto y banda intermedia 15
4. Implementación de la célula de banda intermedia mediante puntos cuánticos 16
5. Primer prototipo: diseño, fabricación y experimentos 18

INTRODUCCIÓN

En el año 1997 A. Luque y A. Martí presentaron un novedoso concepto de célula solar que, andando el tiempo, se ha dado en llamar “célula solar debanda intermedia”. Apunta este convertidor fotovoltaico a superar el conocido límite de eficiencia de la célula convencional de un “gap” (1G) que, según los más recientes cálculos, es 40,7 %. La idea se pergeñó cuando estudiaban éstos los límites termodinámicos de la conversión fotovoltaica. Una célula solar basada en un hipotético semiconductor que tuviese una “banda intermedia” (BI), situada en loque de otra manera sería su banda de energía prohibida o gap, EG, permitiría utilizar para la conversión fotovoltaica fotones de energía E < EG que, en una célula de un gap, se desperdician irremisiblemente.
Obsérvese en la Figura 1 (b) cómo la absorción del fotón (1) produce la transición de un electrón desde la banda de valencia (BV) hasta la BI, mientras que la del (2) excita un electróndesde la BI hasta la banda de conducción (BC). Tal mecanismo, unido al usual de generación de pares electrón-hueco producido por la absorción de fotones de energía E > EG, debería auspiciar un aumento de la corriente fotogenerada. Propusieron además que este sistema de tres gases de electrones (los correspondientes a las tres bandas citadas) acoplados radiativamente debería poder describirsemediante tres pseudoniveles de Fermi, y que la tensión a la que se inyectaría esa (mayor) corriente sería:

EFC, EFI y EFV representan, respectivamente, los pseudoniveles de Fermi correspondientes a los gases de electrones en las bandas de conducción, intermedia y de valencia. e es la carga eléctrica del electrón. μYX es el potencial químico de la radiación luminiscente que se origina cuando lospares electrón-hueco, en dos bandas cualesquiera Y y X, recombinan de forma radiativa. Con éstos y otros conceptos, en los que entraremos posteriormente, Luque y Martí establecieron que el límite de eficiencia de la célula de BI es 63,17 % (“teoría o límite LM”).

Figura 1. (a) Estructura de bandas de energía de una célula de banda intermedia (BI) en equilibrio. La estructura elemental deldispositivo consiste en un material de BI, llamado “base”, colocado entre dos capas de semiconductor tipo n+ y p+ llamadas “emisores”. (b) Diagrama en desequilibrio. Obsérvese cómo de los emisores ideales representados sólo se extraen electrones por el n+ y huecos por el p+. EFe y EFh representan los pseudoniveles de Fermi de portadores mayoritarios en los emisores n+ y p+, respectivamente.
Figura 1.(a) Estructura de bandas de energía de una célula de banda intermedia (BI) en equilibrio. La estructura elemental del dispositivo consiste en un material de BI, llamado “base”, colocado entre dos capas de semiconductor tipo n+ y p+ llamadas “emisores”. (b) Diagrama en desequilibrio. Obsérvese cómo de los emisores ideales representados sólo se extraen electrones por el n+ y huecos por el p+. EFe yEFh representan los pseudoniveles de Fermi de portadores mayoritarios en los emisores n+ y p+, respectivamente.

Adviértase que, mientras que para describir el funcionamiento de una célula al uso sólo se emplean dos gases de electrones (los de conducción y de valencia) y sus correspondiente pseudoniveles de Fermi (EFe y EFh), en una célula de BI se utilizan los tres mencionados previamente (EFC,...