Desarrollo de Electrodos Transparentes para Celdas...

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados

Desarrollo de Electrodos Transparentes para Celdas

SolaresFrancisco Servando Aguirre Tostado

CIMAV – Unidad Monterreyservando.aguirre@cimav.edu.mx

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Celdas Solares Orgánicas

• Poliméricas

• Fotoelectroquímicas (Dye)

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Celdas Solares Poliméricas

• Semiconductor orgánico (región activa): Poly-3-Hexyltiofeno

• Separación de cargas se lleva a cabo en la interface PCBM/P3HT

• Eficiencia máxima teórica del 11%

V

-

+

Transparent Conductive Oxide

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Celdas Solares de Fotoelectroquímicas (Dye)

• Nanopartículas de un óxido catalítico– TiO2

– ZnO

• Electrolito (Anthrocyanin)

• Contactos de un metal noble (Pt)

Fuente: Prof. Gerko Oskam ,2009

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Ventajas

• Temperaturas de procesamiento muy bajas en comparación con las celdas basadas en Si.

• Reducir costos de fabricación.

• Fabricación en áreas grandes.

• Mejoramiento de costo-eficiencia.

• Dispositivos flexibles.

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Algunas aplicaciones

• Ropa con producción de energía

• Paneles y Electrónica Flexible

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Electrónica Flexible

• Bajas temperaturas de procesamiento (60-150° C)

• Procesos de deposito de bajo costo tales como spin-coating, deep-coating, impresion.

• Menor preocupación por enlaces sueltos. Esto hace mas simpel el procesamiento.

• Compatibilidad con substratos plasticos (flexibles)

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Requerimientos

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Electrónica Flexible

http://jscms.jrn.columbia.edu/cns/2005-04-05/gencer-plasticelectronics

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Unión p-n

EF

Tipo-p

Tipo-n

B.V.

B.C.

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Celdas Solares Orgánicas

V

-

+

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Diagrama de Bandas de una Celda Solar Orgánica

HOMO

LUMO

Electrodo

Negativo

Electrodo

Positivo

Nivel de Vacio

hn

h+

e-

ITO Al

PC

BM

P3

HT

PED

OT:P

SS

En

erg

ía

Diferencia

entre las

funciones

de trabajo

de los

contactos

WF

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Eficiencia de la celda

Separación de cargas en los

electrodos

Luz

incidenteMecanismo de perdidaEtapa

Desempeño

de

Electrodos

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Películas Delgadas de ZnO:Al depositadas por el Sol-Gel

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Obtener películas delgadas de ZnO:Al ensustratos de vidrio mediante la técnica despin coating.

Objetivo

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Celdas Solares, dispositivos electrónicos, optoelectrónicos ymecánicos.

Óxido de Zinc (ZnO)

• Semiconductor del grupo II y VI

• Posee propiedades estructurales y optoelectrónicas que lo hacen útil para: wurzita zincblenda

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Película delgada conductora con bajaresistividad, alta transmitancia yestabilidad al calor.

Banda prohibida del orden de 3.37 eV a temperatura ambienteAlta transmitancia en el espectro visible (mayor del 80%)

Bajo costoNo presentan toxicidad, Exhiben buenas propiedades ópticas y eléctricas

Celdas Solares

Electrónica Flexible

Sol-GelBuenos resultados de homogeneidad, excelente control composicional y bajo costo

Óxido de Zinc (ZnO)

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Depósito por Spin-coating

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Tratamientos térmicos

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Tubo abierto Alto Vacío y ATM controlada

Atmospheres: Ar, N2, O2, FG (H2:N2)

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Muestras

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Temperatura: a) ZnO y b) ZnO:Al Atmósfera: a) ZnO y b) ZnO:Al

DRX

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a) Temperatura, b) Atmósfera

a) sin post-tratamiento térmico, b) 400°C 2h aire, c) 500°C 2h aire, d) 600°C 2h aire, e) 400°C 1h forming gas y f) 400°C 2h aire-400°C 1h forming gas.

Longitud de Onda (nm)

>94%

SEM y UV-Vis

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Resumen

• En el presente trabajo se propone el desarrollo de un proceso para fabricar electrodos transparentes en aéreas grandes por el método de sol-gel.

• Se lograron obtener películas delgadas de ZnO dopadas con Al en sustratos de vidrio, utilizando la técnica de spin-coating.

• Las películas muestran una sola fase cristalina con estructura hexagonal (wurtzita) cuya orientación preferencial en la dirección del eje-c se ve incrementada con la temperatura.

• Los tratamiento térmicos en forming gas (FG) presentan un tamano de grano reducido respecto al tratamiento en aire.

• La transparencia de las películas de ZnO dopadas con Al es mayor a la de las películas sin dopar.

• La resistividad eléctrica de las películas de ZnO:Al obtenidas por este método es de 1k/sq. Se espera reducir este valor al optimizar la concentración de Al y la temperatura del tratamiento térmico.

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CIMAV Unidad Monterrey

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Parque de Investigación y de Innovación Tecnológica (PIIT)

• 70 hectáreas.

• 30 centros de Investigación

y desarrollo.

• Mas de 2000 MDP

invertidos.

Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados PLAN MAESTRO DEL PIIT

2 H

a

2 Ha

Pa

rkin

g

0.5

Ha

Inc

ub

ad

ora

Bio

tec

h

Inc

ub

ad

ora

Nan

o

6,000 M2 de oficinas

500 cajones estacionamiento

2 Ha

Autopista

al aeropuerto

Proyectos en Negociacion

IIP

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IANL CINVESTAV

CIDESI

CIIDIT de la UANL

CIMAV

ITESM

Monterrey IT Cluster

Motorola

Incubadora Nano

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Áreas de trabajo:

o Nanotecnología

o Materiales

o Materiales Electrónicos

o Energías alternativas

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Avanzados, Unidad Monterrey

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Gracias!!!