Optimización teórico-dieléctricas antirreflectantes en celdas solares de silicio para aplicaciones espaciales. - Barrera, Marcela Patricia (2004)
La reflectividad de los semiconductores es, en general, mayor a un 30=520 \\ . En el caso del silicio, esta cantidad varía desde aproximadamente un 33=520 \\ en el infrarrojo (IR) hasta un 55=520 \\ en el ultravioleta (UV). Es por ello que, para incrementar la eficiencia de las celdas solares de silicio, es necesario disminuir la reflectividad de la cara frontal de la celda solar, maximizando de este modo la fracción de energía absorbida; la forma de conseguir esto es mediante el uso de técnicas antirreflectantes (AR). A tal fin se han desarrollado distintas técnicas AR, las cuales consisten en el depósito de multicapas dieléctricas, la textura superficial, o la combinación de ambas, esto es depositando la multicapa sobre la superficie ya texturada. Dos materiales dieléctricos con las características adecuadas para funcionar como AR en celdas solares de Si encapsuladas con el TiO2 y el ZnS. En este trabajo se realizó la optimización numérica del sistema MgF2-vidrio-TiO2-SiO2-Si, que es una representación de la celda de Si cristalino encapsulada para aplicaciones espaciales, para lo cual se consideró el espectro solar AM0 y una respuesta espectral típica de celdas solares de Si cristalino. Se concluyó que el espesor de SiO2 pasivante debía ser lo más delgado posible mientras mantuviera sus propiedades pasivantes. Considerando una pérdida de a lo sumo un 1=520 \\ de la corriente de cortocircuito, se obtuvo un intervalo de tolerancia para la desviación de los espesores de TiO2 y MgF2 respecto de sus valores óptimos. La fabricación de muestras con una bicapa de TiO2/SiO2 sobre un sustrato de Si se realizó mediante un proceso térmico en ambiente oxidante luego de depositar una película de Ti sobre la oblea de Si por evaporación en cámara de vacío. Por otro lado, también se depositó ZnS sobre Si mediante evaporación térmica. En ambos tipos de muestras, se realizó la caracterización óptica a partir de la medición de reflectividad espectral, la cual permitió determinar, ajustando la curva medida por medio de simulaciones teóricas, los espesores de las capas de TiO2, SiO2 y ZnS. Los espesores de Ti y ZnS medidos con un monitor de espesores in situ durante la evaporación resultaron consistentes con los valores de los espesores de TiO2 y ZnS obtenidos a partir de la simulación. El sistema MgF2-vidrio-TiO2-SiO2-Si fue elaborado tomando en cuenta los espesores obtenidos mediante la optimización numérica. A partir de la caracterización óptica, se obtuvo una buena correspondencia entre los valores de reflectancia medidos y el ajuste teórico. Finalmente, se fabricaron celdas solares de Si cristalino utilizando dos técnicas AR: textura y ZnS como capa dieléctrica. Los dispositivos no encapsulados y con ZnS como AR son las primeras celdas con AR optimizado para aplicaciones espaciales elaboradas en el Grupo Energía Solar