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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Desarrollo de Electrodos Transparentes para Celdas
SolaresFrancisco Servando Aguirre Tostado
CIMAV – Unidad [email protected]
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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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.
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
-
+
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Películas Delgadas de ZnO:Al depositadas por el Sol-Gel
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Obtener películas delgadas de ZnO:Al ensustratos de vidrio mediante la técnica despin coating.
Objetivo
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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.
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
CIMAV Unidad Monterrey
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
IANL CINVESTAV
CIDESI
CIIDIT de la UANL
CIMAV
ITESM
Monterrey IT Cluster
Motorola
Incubadora Nano
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Áreas de trabajo:
o Nanotecnología
o Materiales
o Materiales Electrónicos
o Energías alternativas
Centro de Investigación en Materiales
Avanzados, Unidad Monterrey
Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Gracias!!!