desarrollo de electrodos transparentes para celdas...
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Desarrollo de Electrodos Transparentes para Celdas
SolaresFrancisco Servando Aguirre Tostado
CIMAV – Unidad [email protected]
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Celdas Solares Orgánicas
• Poliméricas
• Fotoelectroquímicas (Dye)
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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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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
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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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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
6
Algunas aplicaciones
• Ropa con producción de energía
• Paneles y Electrónica Flexible
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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)
7
Requerimientos
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Electrónica Flexible
http://jscms.jrn.columbia.edu/cns/2005-04-05/gencer-plasticelectronics
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Unión p-n
EF
Tipo-p
Tipo-n
B.V.
B.C.
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Celdas Solares Orgánicas
V
-
+
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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
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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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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Películas Delgadas de ZnO:Al depositadas por el Sol-Gel
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Obtener películas delgadas de ZnO:Al ensustratos de vidrio mediante la técnica despin coating.
Objetivo
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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
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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)
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Depósito por Spin-coating
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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)
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados Muestras
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Temperatura: a) ZnO y b) ZnO:Al Atmósfera: a) ZnO y b) ZnO:Al
DRX
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
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
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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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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
CIMAV Unidad Monterrey
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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.
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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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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
IANL CINVESTAV
CIDESI
CIIDIT de la UANL
CIMAV
ITESM
Monterrey IT Cluster
Motorola
Incubadora Nano
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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
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Centro de Investigaciónen Materiales Avanzados
Gracias!!!