Publication: Light harvesting using photonic crystals for photovoltaic applications
Loading...
Official URL
Full text at PDC
Publication Date
2017-08-01
Authors
Advisors (or tutors)
Editors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad Complutense de Madrid
Citations
Exportar
Abstract
Photovoltaic solar cells base their operation on the efficient light absorption and the subsequent conversion into electricity by separation of electric charges. Generally, solar cells use interferencial layers and/or thick absorbers to minimize the optical losses. In recent years, the photovoltaic community has a growing interest in using various types of nanostructures to increase the efficiency, minimizing either the reflectivity and/or increasing the absorption. These techniques are known as light trapping. The use of nanostructures with periodic permittivity, i.e. photonic crystals, can be very beneficial compared to the conventional interferential layers and this enhancement justifies the possible disadvantage of requiring a more complex fabrication. Indeed, photonic crystals have great flexibility in designing the optical response of a system, namely the reflection, transmission and absorption. This flexibility allows to improve efficiency, either by reducing the reflection of the cell and/or increasing the absorption by increasing the effective optical path. This thesis focuses on the design of photonic crystals for 111-V solar cells. These cells achieve the greatest efficiency in converting light to electricity. There is a high interest in improving the already high efficiency to reduce the cost of the produced electricity in terms of kWh/$. These materials are generally used with optical concentration systems, with the consequence that the surface of the semiconductor layer can be reduced three orders of magnitude in comparison to conventional solar cells. This factor obviously lowers the cost of using nanostructures in concentration technology...
Las células fotovoltaicas basan su funcionamiento en el atrapamiento eficiente de luz para su posterior conversión en energía eléctrica mediante la separación de cargas. Habitualmente, los sistemas usados paraminimizar las perdidas por fotones no absorbidos se basan en láminas delgadas interferenciales y/o en aumentar el espesor del medio activo. En los últimos años dentro de la comunidad fotovoltaica existe un interés creciente en usar diversos tipos de nanoestructuras para aumentar la eficiencia, ya sea minimizando la reflexión o aumentando la absorción. Estas técnicas son conocidas como light-trapping o de atrapamiento de luz. El uso de nanostructuras ópticas periódicas, es decir cristales fotónicos, puede ser muy beneficioso frente a las laminas interferenciales convencionales y así justificar las posibles desventajas derivadas de necesitar una fabricación más compleja. De hecho, los cristales fotónicos presentan una mayor flexibilidad a la hora de diseñar la respuesta óptica del sistema: reflexión, transmisión y absorción. Esto permite mejorar la eficiencia, ya sea reduciendo la reflexión del sistema y/o incrementando la absorción mediante el aumento del camino óptico efectivo. Esta tesis se centra en el diseño de cristales fotónicos para células basadas en materiales III-V. Estos materiales son los que alcanzan una mayor eficiencia en la conversión de luz a electricidad. Existe un alto interés en mejorar la ya de por si elevada eficiencia de esta tecnología, con el objetivo de reducir el coste de la electricidad producida en terminos de kWh/$. Una característica importante a tener en cuenta es que estos materiales son usados de forma habitual en sistemas ópticos de concentración, con la consecuencia de que la superficie de la capa semiconductora puede reducirse tres ordenes de magnitud con respecto a la de módulos convencionales. Esto obviamente abarata el coste de introducir nanoestructuras en el proceso de fabricación...
Las células fotovoltaicas basan su funcionamiento en el atrapamiento eficiente de luz para su posterior conversión en energía eléctrica mediante la separación de cargas. Habitualmente, los sistemas usados paraminimizar las perdidas por fotones no absorbidos se basan en láminas delgadas interferenciales y/o en aumentar el espesor del medio activo. En los últimos años dentro de la comunidad fotovoltaica existe un interés creciente en usar diversos tipos de nanoestructuras para aumentar la eficiencia, ya sea minimizando la reflexión o aumentando la absorción. Estas técnicas son conocidas como light-trapping o de atrapamiento de luz. El uso de nanostructuras ópticas periódicas, es decir cristales fotónicos, puede ser muy beneficioso frente a las laminas interferenciales convencionales y así justificar las posibles desventajas derivadas de necesitar una fabricación más compleja. De hecho, los cristales fotónicos presentan una mayor flexibilidad a la hora de diseñar la respuesta óptica del sistema: reflexión, transmisión y absorción. Esto permite mejorar la eficiencia, ya sea reduciendo la reflexión del sistema y/o incrementando la absorción mediante el aumento del camino óptico efectivo. Esta tesis se centra en el diseño de cristales fotónicos para células basadas en materiales III-V. Estos materiales son los que alcanzan una mayor eficiencia en la conversión de luz a electricidad. Existe un alto interés en mejorar la ya de por si elevada eficiencia de esta tecnología, con el objetivo de reducir el coste de la electricidad producida en terminos de kWh/$. Una característica importante a tener en cuenta es que estos materiales son usados de forma habitual en sistemas ópticos de concentración, con la consecuencia de que la superficie de la capa semiconductora puede reducirse tres ordenes de magnitud con respecto a la de módulos convencionales. Esto obviamente abarata el coste de introducir nanoestructuras en el proceso de fabricación...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica, leída el 14/12/2016