Diseño e implementación de un panel de generación de energía eléctrica a partir de celdas solares unitarias de cds y cdse [recurso electrónico] / Monserrat Vargas Moreno ; director, Carlos Villa Angulo

Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería.

Tesis (Maestría) --Universidad Autónoma de Baja California. Instituto de Ingeniería, Mexicali, 2018.

Incluye referencias bibliográficas.

En este trabajo de tesis se presenta de manera detallada el diseño teórico y la implementación práctica de un panel de energía solar a partir de celdas unitarias de tipo Vidrio/ITO/CdS/CdSe/Ag. El diseño teórico está basado en los tres procesos básicos de análisis de celdas solares; el cálculo de la tasa de generación de excitones G(x) utilizando la técnica de la matriz lineal de transferencia óptica en un solo eje, el cálculo de las concentraciones de carga n(x) y p(x) en las capas activas así como el dimensionamiento de la zona de agotamiento utilizando el algoritmo iterativo de Gummel y la caracterización del desempeño de la celda unitaria mediante el cálculo de la curva de densidad de corriente-voltaje (JV), el voltaje de circuito abierto (Voc), la densidad de corriente de corto circuito (Jsc), el factor de llenado (FF) y la eficiencia de conversión (npower) utilizando las ecuaciones básicas para dispositivos de unión pn.
La implementación práctica se realizó a través del depósito de múltiples capas sobre un sustrato de vidrio soda-lima con ITO utilizando deposición por rocío en frío y goteo. Otras técnicas de deposición tales como deposición por rocío pirolítico y la deposición por giro fueron probadas, pero ninguna de estas dos técnicas presentó resultados favorables. La técnica de deposición por rocío en frío y goteo que finalmente se utilizo es sencilla, rápida y económica. Esta técnica permite hasta cierta medida controlar el tamaño de las películas depositadas sobre los sustratos. Las mediciones prácticas obtenidas de la celda unitaria implementada tienen una buena correlación con los valores calculados en el diseño teórico si se realiza un ajuste adecuado de las eficiencias de captación de fotones – generación de excitones y generación de excitones – electrones que participan en la generación de corriente.
En el capítulo uno se encuentra una descripción general de algunas técnicas utilizadas para el depósito de películas delgadas. Las técnicas descritas son: deposición por baño químico, electrodeposición, deposición por giro y deposición por rocío pirolítico.
En el capítulo dos se describe la justificación para la realización de este trabajo de tesis, la descripción del objetivo general, los objetivos específicos y la hipótesis planteada.
En el capítulo tres se describe detalladamente el proceso que se llevó acabo para el diseño teórico de una CU solar, desde la selección de los materiales hasta el cálculo de sus características de desempeño como Voc, Jsc, FF, npower, etc. Las técnicas de diseño utilizadas son: análisis de propagación de campos electromagnético-óptico en estructuras multicapa, cálculo de concentración de cargas, potencial electroestático y dimensionamiento de la zona de agotamiento mediante la autoconsistencia en la solución de las ecuaciones de Poisson – continuidad y algoritmo iterativo de Gummel.
En el capítulo cuatro se puede encontrar el proceso completo de la fabricación de las CU solares y de los paneles que estas pueden formar. Se describe el proceso de
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deposición de cada una de las películas así como el proceso de recocido o “annealing” por el que los sustratos con películas deben pasar antes de ser montados sobre las bases, para caracterizar la eficiencia del desempeño.
En el capítulo cinco se analizan los resultados obtenidos a lo largo de este trabajo mediante una comparación entre los valores teóricos que se reportaron en el capítulo tres y los valores de las mediciones realizadas con las celdas fabricadas en el capítulo cuatro.
En el capítulo seis se describen las principales conclusiones obtenidas durante y después de la realización de este trabajo de tesis, así como el planteo de trabajos futuros que complementarían o mejorarían los logros obtenidos.