Síntesis de nanopartículas de silicio para la fabricación de recubrimientos en celdas solares

Abstract

En los últimos años, ha habido un gran interés para mejorar la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica de los dispositivos foto voltaicos utilizando diferentes métodos, incluida la nanotexturización de superficie [1], recubrimientos antirreflectantes [2], esquemas de pasivación superficial [3], entre otros. A pesar de que el espectro solar se extiende desde el infrarrojo (2500 nm) hasta el ultravioleta (280 nm) uno de los principales problemas en la conversión de la energía solar es el relativamente pequeño rango de absorción de los materiales que se usan actualmente en celdas solares [4–6]. Existen diferentes tipos de pérdidas que afectan directamente la eficiencia en las celdas solares de Silicio (Si). La termalización, ocurre cuando se crea un par electrón-hueco con energía mayor que el ancho de banda prohibida (Eg) del Silicio (Eg = 1.12 eV, λ = 1100 nm) y el exceso de energía se convierte en calor porque el electrón se relaja en el borde de la banda de conducción. Este tipo de pérdidas por la termalización se pueden minimizar utilizando una capa luminiscente de desplazamiento descendente (downshifting), este proceso involucra la conversión de fotones de alta energía, que son utilizados ineficientemente por el material fotovoltaico, a fotones con energía que pueden ser eficientemente convertidos en electricidad [7]. Otro tipo de pérdidas es la recolección de fotones imperfecta, debido a la recombinación cerca de la superficie [8, 9]. La razón es que en principio sólo los fotones con energías mayores a la banda prohibida del semiconductor pueden ser absorbidos, esto conduce a la pérdida de fotones de energía relativamente baja. Pero incluso los fotones con energías mucho más grandes que la banda prohibida tienen una probabilidad no despreciable de interactuar con los fonones cristalinos, en un proceso denominado termalización, en lugar de producir pares de electrones-huecos [10]. En la literatura se encuentran diferentes trabajos de investigación, los cuales reportan diferentes tipos de materiales luminiscentes con propiedades down-shifting como recubrimientos para celdas solares y aumentar la eficiencia de estos dispositivos fotovoltaicos, a continuación se en listan algunos de ellos:Carrillo-Lopez et al. [11], utilizaron óxido de Silicio rico en Silicio (SRO). Svrcek et al. [12], depositaron nanocristales de Silicio embebidos en spin-on-glass reflectivo de SiO2. Stupca et al. [13], recubrieron celdas solares de Silicio policristalino con coloides de nanopartículas de Silicio. Pelayo et al. [14], fabricaron recubrimientos de nanopartículas de Telururo de Cadmio (CdTe) y carbono. Melendres et al. [15], hicieron uso de Sulfuro de Zinc (ZnS) nanoestructurado. Zazueta et al. [16], sintetizaron nanopartículas de Óxido de Zinc (ZnO) y las utilizaron como recubrimientos. Li et al. [17], mezclaron un fósforo compuesto cerio e iterbio dopado con granate de itrio-aluminio (Y AG : 1 %Ce3+15%Yb3+) con polimetilmetacrilato (PMMA). Ojeda-Duran et al. [18], depositaron óxido de Silicio no estequiométrico (SiOx) como capa superior de celdas solares. En todos los casos teniendo mejoras tanto en la densidad de corriente como en el voltaje de circuito abierto, llevando a un aumento de la eficiencia de conversión foto-voltaica. En este trabajo se propone el estudio y caracterización de nanopartículas de Silicio independientes y embebidas en ZnO para su aplicación en el desarrollo de recubrimientos de celdas solares.