Universidad Complutense de Madrid
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Light harvesting using photonic crystals for photovoltaic applications
Recolección de luz mediante cristales fotónicos para aplicaciones fotovoltaicas

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Buencuerpo Fariña, Jerónimo (2017) Light harvesting using photonic crystals for photovoltaic applications. [Thesis]

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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...

Resumen (otros idiomas)

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...

Item Type:Thesis
Additional Information:

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica, leída el 14/12/2016

Directors:
DirectorsDirector email
Llorens Montolio, José M.
Dotor Castilla, María Luisa
Ripalda Cobián, José María
Uncontrolled Keywords:Photoelectric cells
Palabras clave (otros idiomas):Células fotoeléctricas
Subjects:Sciences > Physics > Optics
ID Code:44156
Deposited On:01 Aug 2017 07:12
Last Modified:01 Aug 2017 07:12

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