Tesis doctoral de Enrique Cánovas Díaz
El término material de banda intermedia (ib) hace referencia a un material semiconductor que, difiriendo de los semiconductores convencionales definidos por una única banda prohibida, posee una banda electrónica extra localizada entre la banda de Valencia (vb) y la banda de conducción (cb). De esta manera, este material estaría definido por dos bandas prohibidas, posibilitando que fenómenos de generación y recombinación de portadores se produzcan no solo entre la vb y la cb sino también entre la vb y la ib, y entre la ib y la cb. Los materiales de banda intermedia (ib) han sido propuestos con la finalidad de ser empleados en los dispositivos fotovoltaicos de alta eficiencia denominados células solares de banda intermedia (ibscs). hasta la fecha, básicamente existen dos aproximaciones que han sido realizadas en la práctica para la obtención de materiales ib, mediante puntos cuánticos (qds) y mediante aleaciones altamente desajustadas en electronegatividades (hmas) explicadas a través del modelo bac (band anticrossing model). En esta tesis se ha tratado el sistema punto/barrera de inas/gaas para la aproximación mediante nano-estructuras y el sistema gaasn (propuesto por el grupo del profesor w. Walukiewicz del lbnl) para la aproximación mediante hmas. La aproximación mediante qds ha servido para demostrar alguno de los principios de la teoría como la coexistencia de tres pseudo-niveles de fermi, y la extracción de fotocorriente de la transición ib-cb a través de iluminación con fotones solo capaz de promocionar portadores a través de la ib. El modelo bac ha explicado adecuadamente la dependencia con la composición y presión de las bandas de energía, y efectos relacionados como el aumento de la masa efectiva y la mejora de la eficiencia de activación de donores en hmas. este trabajo trató de evaluar, por primera vez, las señales experimentales propias de materiales ib aislados (no ibscs). Esto es lo que diferencia este trabajo de otros que le precedieron. esta tesis doctoral presenta el trabajo desarrollado en lo referente al desarrollo de técnicas de espectroscopia y su aplicación para la caracterización de materiales ib. Especial énfasis se hace en la descripción de las denominadas técnicas de modulación (desarrolladas en el ies), así como para los dispositivos ideados y fabricados con el propósito de analizar propiedades ópticas y eléctricas de los materiales ib. los resultados experimentales, obtenidos para la aproximación a materiales ib mediante nano-estructuras, fueron empleados para dirimir el diagrama de bandas para el sistema inas/gaas ib-qd, así como el de describir algunas de sus propiedades ópticas y eléctricas. Mediante medidas de modulación apoyadas por medidas de luminiscencia se ha observado la formación de varias bandas (frente a niveles discretos) entre la vb y la cb. Por otro lado, se ha medido un pobre coeficiente de absorción para la ib lo que dificulta la implementación práctica del dispositivo sin técnicas de atrapamiento de luz. para los sistemas basados en la inserción de impurezas si:ti, gap:ti e ingan:mn, los resultados experimentales no son concluyentes sobre la naturaleza (o no) de banda intermedia de los mismos. Para el caso de la aleación gaas1-xnx se hace un extenso análisis. El modelo bac representa adecuadamente los resultados experimentales obtenidos. No obstante, medidas de fotorreflectancia y transmisión no fueron suficientes para evidenciar la existencia de la transición de la ib a la cb. Por otro lado, la eficiencia óptima (en función de la concetración de n) para ibscs basadas en iii-n-v hmas fue analizada teóricamente. Pequeñas diluciones de nitrógeno resultan en eficiencias por encima del 60% para la mayoría de los casos analizados . aunque no son concluyentes, los resultados presentados (dentro del marco de las técnicas empleadas en este trabajo) sugieren la no naturaleza ib de los materiales analizados.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desarrollo de técnicas de caracterización para materiales de banda intermedia«
- Título de la tesis: Desarrollo de técnicas de caracterización para materiales de banda intermedia
- Autor: Enrique Cánovas Díaz
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 18/05/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Antonio Martí Vega
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Antonio Luque lópez
- germán González díaz (vocal)
- Fernando Briones fernandez pola (vocal)
- charles thomas Foxon (vocal)