Informe Técnico del Primer Año de operación 2011-2012Informe modificado con fecha 11 de Dic. 2012 de la versión Ago. 2012

Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de Celdas Solares.

Solicitud No.123122, Modalidad: LA1

Durante el primer año se tenía como objetivo principal la creación y fortalecimiento de infraestructura del Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y del Laboratorio de Caracterización de Celdas Solares, así como la síntesis de materiales y heteroestructuras consideradas en los diferentes tipos de celdas (actividad que se llevaría a cabo en los primeros dos años). Las celdas consideradas en el proyecto de Laboratorio de Innovación Fotovoltaica se agruparon en: celdas solares por depósito químico de compuestos semiconductores IV-V-VI (sulfuros y selenuros de cobre, zinc, estaño, plomo, bismuto y antimonio); celdas solares de polímeros conductores con semiconductores inorgánicos; celdas solares basadas en nanotubos de carbono, óxidos metálicos y calcogenuros semiconductores; celdas solares por la técnica de electrodepósito (CIGSS); celdas solares basadas en CdTe y celdas tipo tándem.

Avances de las actividades contempladas

Se presenta el detalle de los logros del primer año en relación a las actividades contempladas. Se avanzó también en la instalación y puesta en marcha de los equipos adquiridos, capacitación del personal técnico e innovación en metodologías de caracterización. Entre los talleres de capacitación se encuentra el Taller-XRD impartido por Dr. Akhilesh Tripathi Rigaku Americas Corporation, en Junio 2012 con la participación de 30 académicos y alumnos (www.cie.unam.mx/lifycs buscar Taller XRD).

I. Licitación y adquisición de equipos

Respecto a la adquisición del equipo y su uso, se realizó una selección cuidadosa para satisfacer el requerimiento de todos los participantes de diferentes instituciones y varios se encuentran ya en uso.

II. Levantamiento y conclusión de obra civil

Respecto al desarrollo del espacio físico para laboratorio, el avance ha sido lento pues está en construcción un edificio de 460 m2 en tres pisos, una oficina, una sala de seminario y siete laboratorios con todos los equipos adquirido por el proyecto. Se están gestionando los recursos para concluir con este edifico. Algunos espacios del CIE se adecuaron para instalar de manera temporal las máquinas y equipos adquiridos.

III. Preparación y caracterización de conductores transparentes ZnO, ZnO:F, CdO, por métodos de depósito químico, sol-gel y rocío pirolítico

Se consideraron como entregables en la primera etapa, la generación de conocimientos científicos y tecnológicos sobre materiales y heterouniones (artículo, graduados, vigentes, congresos, etc.). Los participantes presentaron avances, que se encuentran en www.cie.unam.mx/lifycs. No se utilizaron equipos de LIFYCS ya que no están en proceso de instalación.

IV. Desarrollo de películas delgadas multicapa de sulfuros de estaño y cobre (SnS2 y Cu2-

xS) por depósito químico; formación de películas delgadas de compuestos ternarios Cu2SnS3, Cu4SnS4, Cu2ZnSnS4, CuZnSnSe4; depósito de CdS por el método galvanostático; depósito de Sn(S/Se) por combinación de técnicas químicas y electroquímicas; películas delgadas de metales por método electroless

En el trabajo concerniente a las películas multicapa de calcogenuros obtenidas por depósito químico, se tienen en proceso varias tesis de licenciatura y posgrado. Los avances fueron reportados en congresos nacionales e internacionales y en las publicaciones. No se utilizaron los equipos de LIFYCS ya que están en proceso de instalación. Los logros más relevantes se comentan a continuación.

(i) Se observó que la estructura cristalina de las películas delgadas de SnS depende de la temperatura del baño químico. Las películas depositadas a temperaturas mayores de 30 °C presentan estructura cristalina ortorrómbica, SnS(OR), con brecha de energía de 1.1 - 1.47 eV con conductividad del orden de 10-8 a10-4 ohm-1 cm-1; las depositadas a temperaturas de 9 a 30 °C son polimórficas, SnS(Polim), con brechas de energía en el intervalo de 1.41 a 1.6 eV y conductividades de 10-7 a 10-4 ohm-1cm-1 conforme al aumento en la temperatura del depósito. Consideramos que es un avance importante en el desarrollo de estructuras fotovoltaicas con SnS donde se puede utilizar la variación de Eg de 1.7 eV de SnS (polim) a 1.1 eV de SnS(OR) para obtener mejores Voc y Jsc.

(ii) Se identificó la formación de Cu2ZnSnS4 (CZTS) en las multicapas de ZnS (300 oC, 30 min) + SnS(OR) (300ºC, 30min) + CuS horneadas a temperaturas 400 - 450 oC en atmósfera de nitrógeno o argón. Así mismo, el horneado de las multicapas de películas delgadas de Cu2SnS3 y Cu4SnS4 (desarrolladas como un paso intermediario hacia la formación de CZTS) y ZnS en presencia de polvo de Sn y S a 460ºC durante 30 min, en presión de argón 10 Torr, también resultó en la formación de CZTS. Los análisis de EDS realizados recientemente, mostraron una composición atómica de 20.4% de Cu, 18.7% de Sn, 9.03% de Zn y 52% de S en las muestras. Las películas obtenidas tienen coeficiente de absorción mayor a 104 cm-1, Eg de transición directa de 1.3 - 1.5 eV y conductividad tipo p, todas ellas características deseables para su aplicación como capa absorbedora en celdas solares.

(iii) Se obtuvieron películas delgadas de SnSe por los métodos de depósito químico, electroquímico, rocío pirolítico y evaporación al vacío del precipitado de SnSe colectado del baño químico utilizado en la obtención de películas delgadas. Las películas mostraron la estructura cristalina ortorrómbica con los parámetros de red cristalina de a, 1.11 - 1.17 nm; b, 0.419 – 0.4313 nm; c, 0.4313 - 0.446 nm dependiendo del método de depósito, con tamaños de granos de 14-16 nm en el caso de depósito químico, de 18 nm en las películas electrodepositadas, y de 12 nm en las evaporadas. Son de conductividad tipo p del orden 10-

2 - 10-5 (Ω cm)-1, con concentración de portadores de carga de 1.09 ×1018 cm−3, movilidad de 7 cm2 V−1 s−1 y brecha de energía Eg (directa prohibida) de 1- 1.1 eV. Las energías de activación fueron de 0.105 eV a temperatura ambiente y de 2.6 meV cerca 50 K. Estas son características buenas y son semejantes a la de los materiales que han ofrecido buenos resultados en celdas solares. Para mostrar el efecto fotovoltaico se fabricó una celda empleando las películas de SnSe como capa absorbedora y CdS como capa ventana, en donde se obtuvo un Voc de 300 mV. En estructuras de CdS/SnS/SnSe se obtuvieron Voc de 175 mV, Jsc de 0.9 mA/cm2, y eficiencia de conversión Ƞ de 0.043 con factor de llenado de 0.28. Aun no se tienen resultados en la formación del compuesto ternario Cu-Sn-Se o cuaternario de Zn-Cu-Sn-Se por depósito químico secuencial seguida por tratamientos térmico de las multicapas de películas delgadas de ZnSe-Cu2-xSe-SnSe.

V. Desarrollo de heteroestructuras basadas en politiofenos: CdS/P3OT, CdS/P3HT, Bi2S3/P3OT. Estudios de mecanismos de transporte y recombinación mediante mediciones de fotovoltaje y fotocorriente transitorios

Los estudios sobre mecanismos de transporte y recombinación de cargas en celdas solares híbridas de sulfuro de cadmio (CdS) con poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) se realizaron a través de las mediciones de las propiedades ópticas y eléctricas del polímero semiconductor P3HT. Se ha encontrado la mejora en el desempeño fotovoltaico de las celdas solares híbridas de CdS/P3HT por dos mecanismos: (1) una mayor movilidad de portadores de carga en las películas de P3HT por medio de tratamientos térmicos, y (2) un mejor contacto óhmico mediante el uso de capa de pintura de carbono encima de P3HT antes de poner el metal (oro o aluminio). Estos trabajos se realizaron con celdas de CdS/P3HT en forma de películas delgadas y fueron parte de la tesis de doctorado del estudiante participante Hugo Cortina. Los resultados de estos trabajos fueron organizados en dos artículos de investigación: uno enviado y otro en preparación para ser enviado en el mes de octubre de 2012.

Otra línea de investigación sobre celdas solares híbridas es estudiar el comportamiento fotovoltaico de los mismos materiales pero en forma de celdas en bulto o en volumen. Es decir, las dos fases CdS y P3HT están mezcladas para aumentar la interface entre ellas. Se ha logrado preparar nanopartículas de CdS sobre fibras de acetato celulosa (AC) por método de depósito por solución o baño químico. Las fibras cubiertas por CdS, llamadas CdS(AC), fueron mezcladas con la solución de P3HT para formar una celda solar nanoestructurada en tres dimensiones de mezcla de CdS(AC):P3HT. El trabajo fue publicado en este año.

Por último, la heterounión de sulfuro de bismuto (Bi2S3) con poli(3-octiltiofeno) (P3OT) fue estudiado en el año pasado y los resultados fueron recientemente publicados.

VI. Preparación de complejos organometálicos y su aplicación como materiales absorbedores en matrices inorgánicas (óxido de titanio) u orgánicas (politiofenos)

Con el recurso otorgado por el CONACyT, se compró un equipo Depósito de Capas Atómicas ALD (por sus siglas en inglés) fue adquirido en el segundo semestre del año 2011. La instalación del mismo requirió un par de meses por la necesidad de tener medidas exactas de salidas de tuberías para la colocación de líneas de diferentes gases (nitrógeno de baja y mediana pureza, oxígeno de alta y ultra-alta pureza). Desde el mes de marzo de 2012 se hicieron las pruebas de depósito de óxido de aluminio a partir del compuesto organometálico trimetil aluminio (TMA) y oxidantes como el gas ozono y el valor de agua deionizada. El depósito se realizó también sobre diferentes sustratos: vidrio Corning, vidrio conductor (con recubrimiento de óxido de estaño dopado con indio, ITO por sus siglas en inglés), y las obleas de silicio cristalino. Se observó que las películas depositadas con el oxidante de agua fueron de mejor homogeneidad que las depositadas con el ozono. Los sustratos no tuvieron influencia significativa en el depósito de las películas de Al2O3. En la figura 1 se muestra la relación del espesor de las películas de Al2O3 en función de número de ciclos de pulsos de reactivo TMA y agua. Es decir, cada pulso genera en promedio 1.4 Å de espesor del mencionado óxido. En la figura 2 muestran las curvas de índice de refracción de las mismas muestras de Al2O3 depositadas desde 400 hasta 2000 ciclos.

0 400 800 1200 1600 20000

50

100

150

200

250

Espe

sor (

nm)

Número de ciclo

Espesor vs. Número de ciclo

ALD @ T= 150 °C

Figura 1. Tasa de depósito de películas de Al2O3 Figura 2. Índice de refracción de las películas de Al2O3 de diferentes ciclos de depósito

Los resultados completos del depósito de Al2O3 fueron presentados en el International Materials Research Congress (IMRC), celebrado en el mes de agosto del presente año en Cancún, Quintana Roo, México, con agradecimiento al proyecto CONACyT No. 123122.

VII. Desarrollo de películas y heterouniones componentes en celdas solares basadas en óxidos y calcogenuros metálicos: TiO2 nanoestructuradas mediante procesos

300 400 500 600 700 800

1.62

1.65

1.68

1.71

1.74

1.77

1.80

1.83

Indi

ce d

e re

fracc

ion,

n

Longitud de onda (nm)

Al2O3-400 2506 Al2O3-800 2506 Al2O3-1200 2506 Al2O3-1600c 2106 Al2O3-2000 2506 Al2O3-estandar

hidrotérmicos; arreglos ordenados de nanotubos TiO2 por método electroquímico; síntesis, caracterización y funcionalización de arreglos de CNTs depositados sobre sustratos de acero inoxidable y cuarzo/Fe; generación de substratos electroconductores transparentes mediante grabado

El objetivo general es la fabricación de nanomateriales 1-D para aplicaciones de Nanoenergía, teniendo como hipótesis que las nanoestructuras 1D son mejores en conversión fotovoltaica y almacenamiento de energía que sus contrapartes nanoparticuladas, pues la geometría 1D impone direccionalidad a los portadores de carga e incrementa la interfaz activa. Como metas para el primer año contemplaba: (1) arreglos unidimensionales de TiO2 por los métodos electroquímico y solvotérmico; (2) estructuras TiO2/Bi2S3, TiO2/CuxO, TiO2/PT; (3) establecimiento de una metodología confiable en la determinación de propiedades interfaciales de manera localizada; (4) determinación de propiedades morfológicas y optoelectrónicas pertinentes a conversión fotovoltaica; (5) participación en congresos nacionales e internacionales de la Red CYTED de Nanoenergía y del Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de Celdas Solares; (6) Tesis de posgrado concluida: Germán Alvarado, y (7) Publicación de artículos y memorias en extenso.

A través de la tesis de maestría de Oscar Jaramillo y del programa posdoctoral de Raman Reshmi, se fabricaron y caracterizaron arreglos unidimensionales de TiO2 por los métodos electroquímico y solvotérmico. Los arreglos elaborados fueron caracterizados morfológica y optoelectrónicamente, y su tipo de conductividad y química superficial determinada de manera indirecta por su respuesta amperométrica a moléculas de agua y etanol. Estos trabajos fueron presentados en un congreso internacional y está en progreso la sensibilización de estas matrices y su caracterización fotovoltaica. La optimización de las estructuras SWCNT/TiO2, TiO2(1-D)/Bi2S3 y CNT/TiO2-Bi2S3 continuó con el desarrollo de las tesis doctorales de Germán Alvarado, Mauricio Solís y Julio César Calva, incorporándose el uso de las técnicas de caracterización por microscopía de Sonda Kelvin. Los avances fueron presentados en un congreso nacional y 4 internacionales, siendo uno de ellos el organizado por la red CYTED de Nanoenergía, coordinada por el Prof. Juan Bisquert. A través del programa posdoctoral de Tonahtiuh Rendón, se inició en agosto la síntesis de TiO2(1-D)/CuxO por los métodos solvotérmicos y de anodizado. Tres memorias de congreso reflejan los avances logrados en el año en la incorporación de las técnicas de mapeo para el estudio de los fenómenos locales, dos reportan el efecto de las variables de síntesis en las propiedades superficiales de arreglos de TiO2 (1-D) obtenidos por la vía solvotérmica y electroquímica, y hay una publicación internacional sobre nanomateriales 1D en fotoánodos transparentes. Así mismo, la tesis doctoral de Germán Alvarado concluyó y se espera se gradúe al término del semestre.

Aunque se han hecho avances importantes y se tienen publicaciones y participaciones en congresos, se han encontrado nuevos retos y complejidades a resolver. En particular, el establecimiento de una metodología confiable en la determinación de propiedades interfaciales de manera localizada, lo que presentó la oportunidad de vincularnos con otros grupos de investigación del CIE (Grupo de Silicio Poroso) y con expertos de la técnica (Prof. Mario Alpuche). El Dr. Zeus fue contratado como posdoctorante y su proyecto de investigación está enfocado al estudio del Silicio Poroso utilizando el Microscopio

Electroquímico de Barrido y la Sonda Kelvin.

Como productos entregables del primer año se tienen: una publicación internacional, 5 memorias en extenso, nueve participaciones en congresos y una tesis de doctorado por concluir.

VIII. Desarrollo de películas componentes y heterouniones semiconductoras inorgánicas/orgánicas en celdas Graetzel: TiO2 nanoestructurado de alta conductividad eléctrica; preparación y caracterización de celdas solares del tipo Conductor Tranparente/TiO2 nanoestructurado/ Colorante de rutenio/ electrolito/Conductor transparente. Se reportara avances en el próximo informe. Se encuentra en proceso de instalación el equipo EDXS en el FESEM adquirido a través de fondos CONACYT.

XIX. Obtención de CuInSe2 y CdS por métodos físicos y químicos; preparación por electrodepósito y tratamiento térmico de materiales absorbedores Cu(Ga,In)Se2

(CGIS) Adaptación del sistema de Sputtering para el depósito de las películas de Mo sobre substratos de vidrio soda-lima, que será utilizadas como sustratos. Puesta en marcha el equipo de selenización, con el cual se podrá realizar la recristalización del compuesto de CGIS.Se encuentra en la etapa de instalación el equipo de Sputtering (rf) adquirido a través de fondos CONACYT. Está en proceso de optimización la condición de deposito de películas delgadas de ZnO, Zn:Al, y Mo, y la adaptación del sistema para el deposito de nitruro de metales.

X. Desarrollo de la heteroestructura CdTe/CdS sobre sustratos flexibles y de materiales de brecha ancha para aplicaciones en celda tipo tándem.La plata piloto de producción en un área de piso de 170 metros cuadrados de prototipo de módulos de CdS/CdTe de 10 cm x 10 cm se integra a la planta baja del edificio de laboratorio-LIFYCS. Se espera incluir los avances en el siguiente informe.

XI. Implementación de metodología de caracterización de sistemas fotovoltaicos.Un sistema de caracterización de módulos fotovoltaico de área hasta 2 m x 2 m se encuentra en proceso de instalación. Se realizara la caracterización de modulo comercial según norma internacional. Se incluyera el avance en el próximo informe.

XII. Caracterización de celdas solares y sistemas FV comerciales.Se encuentra en proceso de instalación equipo de caracterización de corriente-voltaje y eficiencia cuántica de celdas solares experimentales. Para la caracterización de sistemas FV comerciales en situ, se adquirió un sistema de medición I-V que esta en uso. Se adquirió 3 inversores de 4 kW c/u por fondos CONACYT para la interconexión a la red eléctrica módulos FV de 9.4 kW adquirido por otro proyecto

para suministrar aprox. de 30% (50 kWh) de consumo eléctrico de LIFYCS – que será de 150 kWh diaria.

XIII. Congresos nacionales e internacionales.

Durante la primera etapa no se consideró la organización de congresos nacionales e internacionales en el marco del proyecto LIFYCS. En su lugar se organizaron Talleres que cumplieron con los objetivos de vinculación, planeación y difusión de las actividades de investigación de los diferentes grupos participantes.

XIV. Talleres y reuniones de trabajo.

Se organizaron dos talleres de investigación: I Taller de Innovación Fotovoltaica y Celdas Solares de 8-10 de marzo 2011, con la participación de 160 académicos y alumnos (www.cie.unam.mx/lifycs/ITaller); II Taller de Innovación Fotovoltaica y Celdas Solares, de 14-16 de noviembre de 2011 con la participación de 120 académicos y alumnos. En la organización de los talleres se contó con financiamiento de la Red de Fuentes de Energía de CONACYT, por $120,000.00MN.

Otras actividades realizadas fueron el diseñó del logotipo de LIFYCS, la integración de la página electrónica www.cie.unam.mx/lifycs y de la base de datos de académicos y estudiantes que servirán para hacer más eficiente la vinculación entre grupos.

Productos de la primera etapa

I.Publicaciones

Publicados

1. Hugo Cortina, Claudia Martínez-Alonso, Mónica Castillo-Ortega, Hailin Hu*, “Cellulose acetate fibers covered by CdS nanoparticles for hybrid solar cell applications”, Materials Science and Engineerging B 177 (2012) 1491- 1496.

2. Edwin Pineda, Ma.Elena Nicho, P.K.Nair, Hailin Hu*, “Optoelectronic properties of chemically deposited Bi2S3 thin films and the photovoltaic performance of Bi2S3/P3OT solar cells”, Solar Energy 86 (2012) 1017- 1022.

3. M.E. Nicho, C.H. García-Escobar, D. Hernández-Martínez, I. Linzaga-Elizalde, G. Cadenas-Pliego, "Microwave-assisted synthesis of poly(3-hexylthiophene) via direct oxidation with FeCl3", Materials Science and Engineering B 177 (2012) 1441-1445.

4. Germán Alvarado Tenorio, Marina E. Rincon, Julio Calva-Yañez, Mauricio Solis de la Fuente. “Transparent TiO2 Photoanodes based on Single Walled Carbon Nanotubes”. ECS Journal of Solid State Science and Technology 2012, Volume. 1, Issue 3, Pages Q39-Q43. doi: 10.1149/2.004203jss. ISSN: 2162-8777 (Online), ISSN: 2162-8769 (Print)

5. O. A. Jaramillo-Quintero, R. Raman, M. E. Rincón, "Effect of the Nucleation Layer on TiO2 Nanoflowers Growth via Solvothermal Synthesis”, MRS Symposium Proceedings: SYMPOSIUM 1C “Nanostructured Materials and Nanotechnology”-IMRC 2012. ISSN (Online): 1946-4274.

6. R. Raman, O.A. Jaramilo-Quintero, M. E. Rincón, "Effect of Anodization Time in the Properties of TiO2 Nanotube Humidity Sensors” ", MRS Symposium Proceedings: SYMPOSIUM 1C “Nanostructured Materials and Nanotechnology”-IMRC 2012. ISSN (Online): 1946-4274.

7. G. Alvarado-Tenorio, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, J.C. Calva Yáñez, “Electrodos transparentes de SWCNT-TiO2: efecto de la fracción metálica y semiconductora del nanotubo de carbono”. Memoria del XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-9

8. J.C. Calva Yañez, M. Rincón, M. Solís de la Fuente, G. Alvarado Tenorio, “Determinación de la función de trabajo de nanotubos de carbono funcionalizados con titania y sensibilizados con sulfuro de bismuto”. Memoria del XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-9

9. M. Solís de la Fuente, M. E. Rincón, G. Alvarado Tenorio, J. Calva Yáñez, “Efecto de la temperatura y tiempo de depósito del sulfuro de bismuto en el desempeño toelectroquímico de arreglos de nanotubos de titania”. Memoria del XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-90

Enviados

1. H. J. Cortina-Marrero, C. Martínez-Alonso, L. Hechavarría-Difur, H. Hu, “Photovoltaic performance improvement in planar P3HT/CdS solar cells induced by structural, optical and electrical property modification in thermal annealed P3HT thin films”

En preparación

1. Hugo Cortina, P. K. Nair, Hailin Hu, “Carbon Paint as a block and buffer layer between metal contact and poly (3-hexylthiophene) thin films in hybrid solar cells”

II.Formación de recursos humanos

Licenciatura1. Gómez Romero, Sandra Yesenia (2011). "Desarrollo de películas delgadas de bicapas

de CdS para aplicación en celdas solares", Licenciatura, Universidad Politécnica del Golfo de México. Asesor: Rose Mathews, N.

2. Guerrero Hernández, Alejandro y Ramírez Mora, José Alejandro (2012). "Sistema de control y monitoreo de un sistema fotovoltaico", Licenciatura, Instituto Tecnológico de la Costa Grande. Asesor: Sebastian Pathiyamattom, J.

3. Teja, José Luis (2011). "Caracterización de celdas solares", Licenciatura, Instituto Tecnológico de Zacatepec. Asesor: Padmanabhan Pankajakshy, K. N.

4. Velázquez Martínez, Sergio (2012). "Desarrollo de celdas solares de TiO2 sensibilizadas con colorantes", Licenciatura, Instituto Tecnológico de Zacatepec. Asesor: Esteban Jiménez, A. E.

Maestría1. Angeles Ordoñez, Gonzalo (2012). "Deposición y caracterización de películas de CdS

por la técnica de CSS para aplicaciones de celdas solares", Maestría, Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X.

2. Colín García, Christian (2012). "Estudio del efecto de trampas sobre la eficiencia de la celda solar de CdTe, mediante la técnica PICTS", Maestría, Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X.

3. García Angelmo, Ana Rosa (2011). "Investigaciones de las características fotovoltaicas de heterouniónes de películas delgadas de sulfuros de estaño con capas ventana de diferentes calcogenuros", Maestría, Energía, Posgrado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Maileppallil Thankamma, S. N.

4. Santos Magdaleno, Santos de la Luz (2012). "Evaluación del desempeño energético de sistemas fotovoltaicos basados en películas delgadas (Silicio Amorfo y Telurio de Cadmio)", Maestría, Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Sánchez Juárez, A.

5. Sayago Hoyos, Jonathan Javier (2011). "Evaluación de parámetros de celdas solares por depósito químico", Maestría. Energía, Posgrado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mailepallil Thankhama, S. N.

6. Carmen Heneff García Escobar (2011). “Síntesis química de poli(3-hexiltiofeno) asistida por microondas y su caracterización fisicoquímica”. Maestría. Posgrado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad Autónoma del Estado de Morelos.

Doctorado1. Becerra García, David (2012). "Heterouniones fotovoltaicas de silicio cristalino

formadas con películas delgadas de compuestos semiconductores", Doctorado, Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Padmanabhan Pankajakshy, K. N.

2. Moreno García, Harumi (2011). "Celdas solares de películas delgadas de sulfuros de bismuto y de plomo por depósito químico", Doctorado. Energía, Posgrado en Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Padmanabhan Pankajakshy, K. N.

3. Ramírez Morales, Erik (2011). "Desarrollo de películas delgadas nanoestructurado de dióxido de titanio y su modificación con metales nobles para aplicaciones en celdas fotoelectroquímica", Doctorado, Otros Posgrados, UNAM. Asesor: Mathew, X.

4. Sarracino Martínez, Omar (2011). "Desarrollo de celdas solares superiores CdMgTe/CdS para su aplicación en celda solar tipo Tandem", Doctorado, Otros Posgrados, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X

En proceso20121. Eulises Regalado Pérez. Tesis de Licenciatura (CIE-UNAM). “Optimización de

procesos de cloración en celda solar de CdTe/CdS”. 2. Geovanni Vázquez García. Tesis de Licenciatura (Instituto Tecnológico de Zacatepec).

“Celdas solares de sulfuro de antimonio por evaporación térmica en vacío”. 3. Cesar Eduardo Sámano Trujillo. Tesis de Licenciatura (Universidad Politécnica de

Morelos). “Manejo de residuos en el depósito químico de CdS, PbS y Bi2S3 para celdas solares”.

4. Thania Mariana López García. Tesis de Licenciatura (Universidad Politécnica de Morelos). “Residuos químicos en el depósito químico de películas delgadas de CdS para celdas solares”.

5. Jonathan Moran Valle. Tesis de Licenciatura (Universidad Intercultural del Estado de Guerrero). “Sistemas Fotovoltaicos aplicados al bombeo de agua”

6. Juan Espíndola Maldonado. Tesis de Licenciatura (Universidad Intercultural del Estado de Guerrero). “Sistemas Fotovoltaicos rurales autosustentados”.

7. Marco Antonio Bruno Guerrero. Tesis de Licenciatura. Universidad Intercultural del Estado de Guerrero). “Sistemas fotovoltaicos domésticos interconectados a la red”.

8. Jorge Alberto Tenorio Hernández. Tesis de Maestría. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Diseño de un Sistema Fotovoltaico Interconectado a la Red para el Suministro de Energía Eléctrica a un Sistema de Bombeo”.

9. Carlos Alonso Meza Avendaño. Tesis de Maestría. Posgrado de la Universidad Politécnica de Chiapas. “Desarrollo de películas de Cu2ZnSnS4 por el método de electrodepósito”.

10. Tenoch Sánchez González. Tesis de Maestría. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Caracterización de las propiedades ópticas y optoelectrónicas de las películas de Cu2ZnSnS4”.

11. Alan Ismael Palacios Lagunas. Tesis de Maestría. Posgrado de UP de Chiapas. “Desarrollo de películas de CZTS”.

12. Isaac Montoya de los Santos. Tesis de Maestría. Posgrado de UP Chiapas. “Síntesis de nanopartículas de CZTS”.

13. Enue Barrios Salgado. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Celdas solares de películas delgadas de selenuros de metales por depósito químico”.

14. Dalia Alejandra Mazón Montijo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Películas delgadas semiconductoras por depósito químico”.

15. Maricela Rebeca Aragón Silva. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Desarrollo de Películas delgadas de sulfoestañatos de metales para aplicaciones en celdas solares”.

16. Ana Rosa García Angelmo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Celdas solares de heterouniones de películas delgadas de sulfuros de estaño”.

17. Christian Colín García. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Celdas solares de CZTS”.

18. Gonzalo Ángeles Ordóñez. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Celdas solares de CdTe”.

19. Julio Cesar Rosas Porcayo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). Aspectos técnicos en el acoplamiento de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica convencional

20. Dalia Martínez. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Películas delgadas semiconductoras basadas en el enlace Sn-Se preparadas por depósito por vapor químico asistido con plasma para aplicaciones fotovoltaicas”.

21. Germán Alvarado Tenorio. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Generación de substratos electroconductores por métodos químicos y físicos”.

22. Julio César Calva. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Nanotubos de carbono funcionalizados con TiO2 y sensibilizados con calcogenuros semiconductores, como alternativa en la fabricación de celdas solares tipo Gratzel”.

23. Mauricio Solís de la Fuente Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Celda solar de tercera generación basada en la heterounión óxido de titanio/sulfuro de bismuto”

Posdoctorantes 1. Mou Pal. CIE-UNAM. “Desarrollo de tintes para aplicaciones en celdas solares”. 2. Arturo Martínez Ayala. CIE-UNAM. “Desarrollo de películas y celdas”. 3. Manuela Calixto Rodríguez. CIE-UNAM. “Celdas solares y módulos fotovoltaicos de

Sb2S-Se3”. 4. Harumi Moreno García. CIE-UNAM. “Celdas solares de compuestos semiconductores

de elementos IV-V-VI”. 5. José Escorcia García. CIE-UNAM. “Celdas solares de sulfuro de antimonio por

evaporación térmica en vacío”.

Estancias de investigación de verano

1. David Israel Correa Santillan. Universidad de la Ciénaga del Estado de Michoacán de Ocampo. (Programa Delfín).

2. Javier Chávez Manzo. Universidad de la Ciénaga del Estado de Michoacán de Ocampo. (Programa Delfín).

3. Diana Judith Rivera Barragán, Unidad Académica de Ciencias Quimico Biologicas y Farmacéuticas de la Universidad Autónoma de Nayarit (Programa Delfin). “Películas delgadas de PbS y PbSb2S4 por depósito químico para aplicaciones fotovoltaicas”

4. Juan Pablo Tapia Olarra. Instituto Tecnológico de Morelia ( Programa Delfín).5. Juán Carlos Flores Nicolás. Universidad Autónoma de Guerrero. (Programa Delfín).

“Síntesis de polímeros para su uso en celdas fotovoltaicas” 6. David Antonio Buentello Montoya. Instituto Tecnológico Superior de Cajeme.

(Programa Delfín). “Síntesis de polímeros para su uso en celdas fotovoltaicas” 7. Laura Vélez Landa. Universidad Politécnica de Guerrero. “Síntesis del P3OT con

NPs de CdS” 8. Jorge Luis Toledo Bahena. Universidad Politécnica de Guerrero. “Síntesis del P3OT

con NPs de CdS” 9. Raúl López Meráz. Universidad Veracruzana (Maestría en Ingeniería Energética).

“Comportamiento térmico de celdas solares en sistemas interconectados a la red”.

III.Trabajos en Congresos

1. International Materials Research Congress (IMRC), “Deposition of Al2O3 thin film by Atomic Layer Deposition with different substrates”. Erik R. Morales, Marco T.Aguilar-Gama, Rogelio Morán Elvira, Hailin Zhao Hu. Cancún, Quintana Roo, México. 12-16 de agosto de 2012

2. International Materials Research Congress (IMRC) “Characterization of Aluminum Oxide Thin Films by ALD with O3 and Water as Oxidant”. Marco T Aguilar-Gama, Erik R. Morales, Rogelio Moran Elvira, Hailin Zhao Hu. Cancún, Quintana Roo, México. 12-16 de agosto de 2012

3. Conferencia Internacional Nanoenergía (CINano12), “Materiales unidimensionales de baja toxicidad para aplicaciones fotovoltaicas”. M.E. Rincón, M. Solís de la Fuente, J. C. Calva Yáñez, G. Alvarado Tenorio. Cartagena de Indias, Colombia, September 11-12, 2012. Conferencia Invitada.

4. 63rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry. “Bi2S3 quantum dots-sensitized TiO2 nanotube arrays: effect of deposition time in photoconversion

efficiency”. M. Solis de la Fuente, M.E. Rincón. Prague, Czech Republic. 19-24 August, 2012. Poster.

5. XXI International Materials Research Congress, Symposium 1C: Nanostructured Materials and Nanotechnology. “Effect of the Nucleation Layer on the Growth of TiO2 Nanoflowers via Solvothermal Synthesis”. Oscar A. Jaramillo Quintero, Reshmi Raman, Marina E. Rincón. Cancun, México, August 12-17, 2012. Ponencia.

6. XXI International Materials Research Congress, Symposium 1C: Nanostructured Materials and Nanotechnology. “The Effect of Anodization Time on the Properties of TiO2 Nanotube Humidity Sensors”. Reshmi Raman, Oscar A. Jaramillo Quintero, Marina E. Rincón. Cancun, México, August 12-17, 2012. Ponencia.

7. CIMTEC 2012: 4th INTERNATIONAL CONFERENCE “SMART MATERIALS, STRUCTURES AND SYSTEMS”. Bi2S3 nanoparticles supported on CNT-TiO2 matrices for photovoltaic applications: a comparative study of preparation methods. M. E. Rincón, J. C. Calva, M. Solís. Montecatini Terme, Tuscany, Italy, June 10-14, 2012. Ponencia

8. E-MRS 2012 Spring Meeting. Symposium R: Science and technology of nanotubes, graphene and 2D layered materials. Comparison of Metallic and Semiconductor Single Walled Carbon Nanotubes based TiO2 Electrodes for Hybrid Solar Cells. G. Alvarado-Tenorio, M.E. Rincón. Strasbourg, France, May 14-18, 2012. Poster.

9. XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, “Determinación de la función de trabajo de nanotubos de carbono funcionalizados con titania y sensibilizados con sulfuro de bismuto”. J.C. Calva Yáñez, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, G. Alvarado Tenorio. Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Ponencia.

10. XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, “Efecto de la temperatura y tiempo de depósito del sulfuro de bismuto en el desempeño toelectroquímico de arreglos de nanotubos de titania”. M. Solís de la Fuente, M. E. Rincón, G. Alvarado Tenorio, J. Calva Yáñez. Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Ponencia.

11. XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the Electrochemical Society, “Electrodos transparentes de SWCNT-TiO2: efecto de la fracción metálica y semiconductora del nanotubo de carbono”. G. Alvarado-Tenorio, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, J.C. Calva Yáñez. Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Poster.

Informe Financiero del Primer Año

Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de Celdas Solares.Proyecto No.123122, Modalidad: LA1, CONACYT

A. Desgloce de los recursos aportados por CONACYT

Equipo/Estado Uso Costo Fecha de pago

ALD-Cambridge Nanotech, EUA- Instalado y actualmente en uso por académicos y alumnos

Capa fina de 5-50 nm en espesor de semiconductores y metales por reacción en vapor química para el mejoramiento de celdas solares

($158,730 usd)$1,911,458.36MN

23 Junio 2011

Equipo de vacío Sputtering-evaporación térmica – MVS – CO,EUA; actualmente en uso por académicos y alumnos

Permite el deposito de películas delgadas de dos metales y semiconductores simultanea por sputtering de blancos de 7.5 cm en diámetro y aparte puede realizar evaporación térmica de metales y semiconductores en polvo con uniformidad sobre substratos 10 cmx10 cm para celdas solares

($184,574 usd)$2,346,709.64MN

24 Mayo 2012- finiquito

Equipos de UPS (2)para protección de equipo, aire-acondicionadores (1), mesa de trabajo(1) para los equipos

Dado la variación en voltaje de la línea y la interrupción y para asegurar condiciones adecuada para el trabajo se adquirieron estos equipos

$84,619.86MN 29 Febrero 2012 (ultimo pago)

Equipo/estado actual

Uso costo Fecha

XRD con aditamento-Marca

Análisis de estructura cristalina de material en polvo, película

($242,000.00usd)

20 Mayo 2011

Rigaku Ultima IV; instalado y en uso por investigadores y alumnos

delgada, multicapas, nano estructuras, cambio de materiales con temperatura para el desarrollo de nuevos materiales para celdas solares

$2,841,420.46

Microscopio electroquímico de barrido – Scanning Kelvin Probe MEQB-SKP – Advance Measurement Technology; equipo instalado y en uso por académicos y alumnos

Mapeo de potencial superficial de metales y semiconductores, medición de función de trabajo de nuevos materiales para celdas solares

($149,429.00usd)$1,768,088.14MN

08 Junio 2011

Equipo de eficiencia cuántica y característica I-V de celdas solares – ScienceTech Canada; equipo recibido al CIE – en proceso de instalación

Característica I-V de celdas solares en área de hasta 10 cm x 10 cm; medición de eficiencia cuántica de las celdas; monitoreo de variación de características con temperatura y intensidad bajo simulador solar

($78,170.00usd)$925,094.17MN

08 Junio 2011

Simulador solar de 2 m x 2m de campo de medición – ScienceTech Canada; equipo recibido al CIE – en proceso de instalación

Medición de parámetros de módulos de celdas solares según normas internacionales; facilita la medición simultanea de 2 módulos de hasta 95 cm x 195 cm y procesamiento de datos.

($59,880.00usd)$708,723.47MN

08 Junio 2011

Microscopio electrónico de barrido SEM– Hitachi Canada; equipo en uso por académicos y alumnos

Para medición EBIC de celdas solares y composición química de materiales y celdas; imágenes de resolución de hasta 5 nm.

($159,795.00dllsCAN)$1,966,945.06MN

27 Junio 2011

Equipo ICP-AES-Horiba Jobin-YVON; equipo instalado y en proceso de calibración

Análisis de composición química de compuestos semiconductores para el desarrollo de nuevos materiales y celdas solares

($110,250.00usd)$1,337,684.27MN

10 Agosto 2011

EDX-Imagen de alta resolución para FESEM – Hitachi – Canada; en espera de entrega al CIE

Para análisis elemental de celdas solares de materiales nano-estructurados y desarrollo de celdas solares hibridas, poliméricos, y de tintes

($122,575.00dlls)$1,704,705.40MN

24 Mayo 2012

Espectrofotómetro UV-VIS-IR (1100nm) – Shimadzu; equipo instalado y en uso por académicos y alumnos

Medición de transmitancia y reflectancia de materiales y celdas solares; evaluación de brecha de energía y limite máximo de corriente de corto circuito de celdas solares

$165,578.40MN 06 Marzo 2012

Equipo de característica I-V en-situ de módulos fotovoltaicos – Solmetric Corp.; instalado y en uso

Evaluación de módulos fotovoltaico en el sitio de operación para monitoreo real de su características y parámetros.

($3,113.00usd)$40,123.34MN

20 Sept. 2011

Equipos UPS (3) – Marca EATON; instalados y en uso con los equipos principales

Para la regulación y respaldo para interrupción de potencia eléctrica a los equipos XRD y ICP-AES

$281,750.25MN 25 Abril 2012 último pago

Equipo uso costo fechaPantalla TV 52” marca SONY; instalado y en uso

Para Talleres de mayor de 120 participantes en espacio adicional en el Lobby del CIE; para sesiones paralelas con el auditorio CIE; utilizado en Talleres LIFYCS-I y II

$27,299.00MN 25 Febrero 2011

Pantalla TV 70”-LCD-SHARP; instalado y en uso en reuniones

Instalado en la sala de Seminario y en uso cada día para reuniones de trabajo por diferentes grupos

$45,750.40MN 18 Agosto 2011

Sistema de inversores para interconexión de 9 kW de módulos fotovoltaicos a la red eléctrica CIE; en proceso de instalación

Para abatir la carga adicional ocasionado por los equipos adquiridos en LIFYCS

$163,498.14MN 27 Febrero 2012

Totales

Descripción de concepto cantidadEquipo- Desarrollo de Materiales y Celdas Solares $4,342,787.86MN

Equipo- Caracterización de materiales y celdas solares

$11,740,112.96MN

Equipo-general, apoyo a reuniones $236,547.54MNTotal ejercido $16,319,448.36MNSaldo a ejercer (fecha 28 agosto 2012) $131,551.64MN

B. Desglose de los recursos aportados por la UNAM

Descripción de concepto cantidadConstrucción de edificio con área de laboratorios de 460 metros cuadrado de área

$6, 500,000.00MN

Muebles e instalaciones de los laboratorios $2, 000,000.00

Total ejercido $8,500,000.00MNSaldo a ejercer $8,000,000.00MN aprox.

Auto evaluación del proyecto

La primera etapa estaba muy comprometida con la construcción de laboratorios, selección y adquisición de equipo, y se espera finalizar en junio del 2013. El equipo adquirido implicó la capacitación de alumnos, técnicos e investigadores y aún no termina. Se han contemplado diferentes estrategias para poder atender a los usuarios, desde la contratación de postdoctorantes con programas de trabajo abocados a las máquinas, como un sistema de reservación en la página electrónica LIFYCS seguido por la estancia de investigación correspondiente.

Se cumplieron las metas de difusión y vinculación, la página www.cie.unam.mx/lifycs está en uso con archivos de presentación de trabajos y tutorías relevantes a los temas abordados por el LIFYCS – Taller I y II. La organización de los grupos participantes en grupos temáticos (ver la página) permitirá abordar de mejor manera los temas específicos y desarrollar trabajos conjuntos una vez empieza el funcionamiento de LIFYCS en su edificio propio en Agosto de 2013.

Los avances en la investigación han sido satisfactorios y la productividad razonable. Muchos de estos trabajos se han enriquecido de la crítica recibida en los Talleres organizados y de la infraestructura adquirida. Algunos grupos participantes han utilizado la infraestructura del LIFYCS en sus proyectos de investigación sometidos a varias convocatorias con muy buenos resultados.

Por todo lo anterior, se considera que el avance del proyecto es según las metas planteadas y plan de acciones propuesta en el Proyecto – LIFYCS. Sin duda, se está fomentando la investigación, innovación y desarrollo de celdas solares a través de la participación de grupos nacionales establecidos y en proceso de formación o consolidación.

Dr. Karunakaran Nair Padmanabhan Pankajakshy, CIE-UNAMResponsable Técnico, Proyecto 123122 – LIFYCS

19 de noviembre de 2012Temixco, Morelos