Television Satelital

UNIVERSIDAD NACIONAL DE GENERAL SAN MARTÍN
COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA
INSTITUTO DE TECNOLOGÍA
“Prof. Jorge A. Sábato”
Simulación y caracterización de celdas solares multijuntura y de silicio cristalino para
aplicaciones espaciales (*)
por Magíster Marcela P. Barrera
Director
Dr. Juan C. Plá
Co-Director
Dr. Francisco Rubinelli
(*) Tesis para optar por el título de Doctor enCiencia y Tecnología Mención Física
República Argentina
2009
i
RESUMEN
Los dispositivos fotovoltaicos son utilizados para la provisión de energía eléctrica de los
Satélites, siendo las celdas solares el principal componente de dicho sistema. Uno de los
Requisitos de estos dispositivos es la necesidad de poseer una alta eficiencia.
Una forma de incrementar la eficiencia de las celdas esdisminuyendo la reflectividad de
La cara frontal, maximizando de este modo la fracción de energía absorbida. A tal fin, se
Utilizan técnicas antirreflectantes (AR), siendo una de ellas el empleo de multicapas
dieléctricas.
En este trabajo se realizó la optimización numérica de la estructura MgF2-vidrioadhesivo-
TiO2- SiO2- Si, la que es representativa de celdas solares de Si cristalinoEncapsuladas para aplicaciones espaciales, obteniéndose los espesores óptimos para el MgF2 y
El TiO2 para una serie de espesores del SiO2 pasivante. Asimismo, se consideró la influencia
Del espesor del vidrio y el adhesivo en el proceso de optimización. Para este estudio se
Consideró el espectro solar AM0 y una respuesta espectral típica de celdas solares de Si
Cristalino.
Con posterioridad, seelaboraron y caracterizaron muestras con estructura TiO2–SiO2-Si.
Para ello, primeramente se optimizó un procedimiento experimental para la obtención de la
bicapa TiO2-SiO2 con espesores acordes con la optimización teórica realizada, a partir de la
evaporación térmica de Ti y un posterior proceso térmico de oxidación a alta temperatura. La
caracterización óptica de las muestras elaboradas apartir de la medición de reflectividad
espectral en el intervalo UV-visible, permitió determinar los espesores de las capas de TiO2 y
SiO2 realizando el ajuste de la curva experimental con la curva teórica. Se realizó además la
caracterización estructural de muestras mediante reflectividad de rayos X (XRR) y
microscopía electrónica de transmisión (TEM) en sección transversal (cross section). Laprimera técnica confirmó la presencia de la fase rutilo para el TiO2. Por otra parte, se
obtuvieron los espesores de las capas a partir de mediciones de reflectividad óptica,
considerándose la presencia de la rugosidad de las superficies. Los espesores encontrados
mediante las distintas técnicas resultaron consistentes entre si.
Con el fin de estudiar muestras representativas de la celdasolar encapsulada, se
elaboraron muestras con estructura MgF2–vidrio(adhesivo)–TiO2–SiO2–Si, con espesores
optimizados. Se obtuvo una buena correspondencia entre los valores de reflectividad medidos
y el ajuste teórico, en el cual se utilizaron los espesores de las películas determinados
anteriormente a la integración de la muestra.
Además, se elaboraron celdas de Si monocristalino n+-p-p+convencionales y también
con el empleo de distintas técnicas AR, bicapa TiO2-SiO2 y una monocapa de ZnS. Para ello,
se partió de obleas comerciales tipo p, y se propuso un método de elaboración de la capa AR
compatible con el proceso de elaboración de celdas convencionales. La capa de ZnS se obtuvo
por evaporación térmica en cámara de vacío
Es importante destacar que los procesos propuestos parala elaboración de celdas solares
Con AR, tanto con bicapa de TiO2-SiO2 como con ZnS, permitieron obtener por primera vez
celdas con estas características en el país.
Por otra parte, se realizó la simulación numérica de celdas solares basadas en materiales
III-V mediante el código no comercial D-AMPS-1D (New Developments - Analysis of
Microelectronic and Photonic Devices – One Dimensional)....