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Oxidos Conductores Transparentes y algunas de sus li i éi aplicaciones energéticas Dr. Dwight R. Acosta Najarro d í Instituto deFísica,UNAM Laboratorio de Películas Delgadas Microscopía Electrónica Avanzada Microscopía Electrónica Avanzada [email protected] , 56 22 51 17

Oxidos Conductores Transparentes y algunas de ... - IER @ UNAM · Oxidos Conductores Transparentes y algunas de sus apli ilicaciones energéiéticas Dr. Dwight R. Acosta Najarro Instituto

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Oxidos Conductores Transparentes y algunas de sus

li i é iaplicaciones energéticas

Dr. Dwight R. Acosta Najarrod íInstituto de Física,UNAM

Laboratorio de Películas Delgadas

Microscopía Electrónica AvanzadaMicroscopía Electrónica Avanzada

[email protected], 56 22 51 17

-Transmisión en el visible >/= 70 % y Eg > 3.0eVP lí l D l d -Conducción Eléctrica >/=103Ω-1cm-1

-Densidad de transportadores >/= 1017 cm-3

Películas Delgadas con

M t i l Laboratorio deMateriales

Electrocrómicos

NixOyWO3

Materiales

F t t líti Materiales

Películas Delgadas yRecubrimientosx y 3 Fotocatalíticos

TiO2 ,TiO2:Sn

SnO2-TiO2

Materiales

Fotovoltaicos

ZnO: M,TiO2: MMateriales

S d G Materiales de

METODOS DE SINTESIS:

2 2 2

SCdSensores de Gas

TiO2:M, SnO2F

Materiales deRecubrimiento Anticorrosivo:

NixOy

-ROCIO PIROLITICO NEUMATICO Y ULTRASONICO

-PULVERIZACION CATODICA DC y RF

-SOL-GEL, .SOL-SPRAY...

..EVAPORACION TERMICA, ELECTRODEPOSICION...

Light absorptionBasic steps forSun energy

i

Light absorption Charge separation

conversiong p

Charge collection

(ZnO:M, ITO,SnO2:F,etc.).

ELECTRON-HOLE PAIR (EHP) PRODUCTION Typical solar cells configurations

Heavily doped n-region. The n-region isvery narrow and most of the photonsare absorbed in the depletion region and within the neutral p-side. E-H Pairsgenerated in the depletion region are inmediately separated by the built-in field.The electrons drift to the n-sideand the holes drift o the p-side

From: http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/PVWATTS/

Conventional single-gap solar cells makesa poor use of solarsprectrum. On the onehand, sub-bandgapphotons can not beabsorbed. On theother, high energyphotons generateelectron-hole pairswhose energy excessover the gap is lostthrough phononemission

From :http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/PVWATTS/

TRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDESTRANSPARENT CONDUCTIVE OXIDES‐PHOTOVOLTAIC AND MATERIALS

‐DOPED ZINC OXIDE THIN FILMS:

Z O I‐ZnO: In

‐ZnO: Cr

‐ ZnO: Ga

Z O F‐ZnO: F

Colaboración con el Dr. Arturo Maldonado y la Dr. María de la Luz yOlvera del CINVESTAV, IPN, México D.F.,Sección de Estado Sólido, Ing. Eléctrica

Vidrios con Propiedades que pueden ser modificadasser modificadas

• Vidrio +PD:

• Termocrómico (cambio de coloración cuando es, calentado v.gr. sol

• Fotocrómico (cambio de coloración cuando se expone a la luz)( p )

• Electrocrómico (Cambia su transparencia y su coloración con laElectrocrómico (Cambia su transparencia y su coloración con la

electricidad)

• Fotovoltaico (genera electricidad con la luz solar)

APPLICATIONS OF TCO-Optoelectronics devices :(LED´s semiconductor lasers)

Photovoltaic cells, -Flat panel displays (liquid crystals, electroluminiscent

displays)displays)-Smart windows and displays based on electrochromics-Heat efficient windows (reflect IR transparent to visible-Heat efficient windows (reflect IR, transparent to visible

light)-Defrosting windows and antistatic coatings

Photodegradation Systems

SOME TYPICAL TCO MATERIALSSOME TYPICAL TCO MATERIALS-In2O3:Sn (ITO)

-SnO2:Sb & SnO2:F-ZnO:M (M= Al In B Ga F)-ZnO:M (M= Al, In, B, Ga.F)

-Cd2SnO4-CuAlO2 & CuGaO2

Energy use in buildings:an urgent issue*g

•40 % of EU15’s and USA’s primary energy is used in

••Energy for AC is on the Energy for AC is on the rise!rise!primary energy is used in

buildings!

• Heating

rise!rise!

•• 17 % of energy for AC in17 % of energy for AC inh 1 d i 199h 1 d i 199• Heating

• Cooling

•• theEU15 during 1995theEU15 during 1995‐‐•• 20032003•• ~50 % of peak power~50 % of peak power

• Lighting

p pp p•• to AC in Hong Kong &to AC in Hong Kong &•• SingaporeSingapore•• >75 % of peak power>75 % of peak power

• Ventilation•• >75 % of peak power>75 % of peak power•• to AC in Kuwaitto AC in Kuwait

* SPECTRA 09; Lima PERU 01 April 2009* SPECTRA 09; Lima, PERU, 01,April 2009

• C.G. Granqvist

• The Ångström Laboratory, Uppsala University, Sweden

0.20

0.25ClaroCatódico --> Ox

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15rie

nte

(mA

/cm

2 )

ciclo 1

-0.30

-0.25

-0.20

-0.15

-0.10Cor

r ciclo 50 ciclo 100 ciclo 200 ciclo 300 ciclo 400 ciclo 500 ciclo 600Obscuro

Anódico --> Red

-1000 -500 0 500 1000 1500

Potencial (mV)600 ciclos

xH++ xe‐

WO3 Hx WO3

CYCLIC VOLTAMMETRY RESULTS

Extract.

0 10

0.15

AE

0 00

0.05

0.10

AF

0 10

‐0.05

0.00

Curren

t(m

A/cm B

Injection

‐0.15

‐0.10C ( C

Injection

‐1000 ‐500 0 500 1000 1500

‐0.20

Potential (mV)

Cycle 500D

Third International Workshop for R&D Networking among Mexican and Korean Universities on Eco‐materials Processing

0.25Claro

0.10

0.15

0.20m

2 )Catódico --> Ox

-0.05

0.00

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ente

(mA

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ciclo 1

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rie ciclo 1 ciclo 50 ciclo 100 ciclo 200 ciclo 300ciclo 400

-1000 -500 0 500 1000 1500-0.30

-0.25

0.20 ciclo 400 ciclo 500 ciclo 600Obscuro

Anódico --> Red

Potencial (mV)600 ciclos

WO3:Mo/FTO al 2 at.%

PROYECTOS EN ETAPA INICIAL

1) ECOMATERIALES PARA REMEDIACION AMBIENTAL, DGAPA UNAM 15 000 usdDGAPA, UNAM, 15,000 usd

2) ECOMATERIALES PARA AHORRO DE ENERGIA

Instituto de Ciencia y Tecnología de la Ciudad de México‐UNAM, 100,000 usd

1 Posición posdoctoral

3 Becas de maestría