Aplicación de puntos cuánticos de telururo de cadmio y carbono con fotoluminiscencia descendente aplicados a celdas solares de silicio como materiales mejoradores del aprovechamiento de la luz solar

Abstract

RESUMEN

En este trabajo de investigación se contribuye a superar la baja eficiencia de las celdas solares de polisilicio cristalino mediante el uso de puntos cuánticos de CdTe y Carbono. Estos puntos cuánticos fueron sintetizados, caracterizados y mezclados en diferentes relaciones, para después ser dispersados dentro películas delgadas de Poli-Metil-Metacrilato (PMMA) para su posterior incorporación en celdas solares. Las cuales fueron previamente caracterizadas con el fin de poder cuantificar el efecto de los puntos cuánticos sobre su eficiencia (PCE), dónde mostraron incrementos muy concretos en este parámetro, que para el caso de los puntos cuánticos de carbono fue de un 3 %, para los puntos cuánticos de CdTe un 3.5 %, un 2.9% para la mezcla de puntos cuánticos de diferentes tamaños de carbono (MPCC), 4.6 % para la mezcla de puntos cuánticos de diferentes tamaños de CdTe (CdTe M) y un 4.8% para la combinación de las mezclas de CdTe y carbono (CdTe M + MPCC). Adicionalmente, al realizar la muestra MPCC, se observó una emisión fotoluminiscente desplazada al rojo con un pico centrado en 515 nm, este efecto genero un impacto positivo en la eficiencia de conversión de energía solar a eléctrica. Asimismo, este fenómeno de corrimiento de la longitud de onda de emisión, también se observó cuando se realizó la muestra CdTe M obteniéndose, en este caso, una fotoluminiscencia desplazada a un valor pico alrededor de los 555 nm. No obstante, el efecto de desplazamiento hacia el rojo fue mucho más importante y benéfico para las celdas solares cuando se utilizó la muestra de puntos cuánticos CdTe M + MPCC, donde se observó un pico de emisión con corrimiento al rojo ubicado en 580 nm, que genero una sinergia con el rango del espectro electromagnético donde las celdas solares de este tipo tienen mayor sensibilidad. La concatenación de las celdas solares con las nanopartículas fotoluminiscentes, intercepta la tecnología madura en el ámbito de fabricación de celdas solares de polisilicio existente con la nanotecnología, ofreciendo un impacto en la reducción de costos de producción de energía eléctrica debido al incremento en la eficiencia obtenido mediante el uso de puntos cuánticos sobre celdas solares, lo que promete grandes beneficios económicos y medioambientales.

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ABSTRACT

This research contributes to overcome the low efficiency of polycrystalline silicon solar cells by the use of quantum dots of carbon and CdTe. This synthesized and characterized quantum dots and their mixtures were dispersed in Poly-Methyl-Methacrylate (PMMA), and incorporated into previously characterized solar cells, in order to quantify their influence on the electrical performance, that showed very concrete increases to the efficiency of polysilicon solar cells, which in the case of carbon quantum dots was 3 %, 3.5 % for CdTe and 2.9 % for mixture of quantum dots of different carbon sizes (MPCC), 4.6 % for mixture of quantum dots of different sizes of CdTe (CdTe M) and 4.8 % for the combination of the carbon mixture with CdTe mixture (CdTe M + MPCC). We also report the effect shown when sample of MPCC were mixed, a red-shifted emission with a peak centered at 515 nm was observed, this effect generated a positive impact on conversion efficiency of solar radiation to electric energy. Additionally, this phenomenon of emission red-shift was also observed when the CdTe M sample was realized, photoluminescence was observed displaced to a peak value around 555 nm. In addition, the red-shift effect was also observed with a mixture of CdTe M + MPCC quantum dots where it was observed that the emission peak showed a redshift at 580 nm, where generated a synergy with the range of the electromagnetic spectrum where the solar cells of this type have greater sensitivity. The concatenation of solar cells with photoluminescent nanoparticles, intercepts the mature technology in the field of manufacturing polysilicon solar cells with nanotechnology, offering an impact in the reduction of electricity production costs dueto increase in efficiency obtained through use quantum dots on solar cells, promising great economic and environmental benefits.