RT doctoral thesis
T1 Análisis tomográfico a nanoescala de materiales nanoestructurados para dispositivos fotovoltaicos
T2 Analysis at Nanoscale by Tomography Techniques of Nanostructured Materials for Photovoltaics
A1 Hernández Saz, Jesús
A2 Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica
K1 semiconductor
K1 electron tomography
K1 tomografía electrónica
K1 atom probe tomography
K1 tomografía de sonda atómica
K1 TEM
K1 photovoltaic
K1 solar cells
K1 energía renovable
K1 caracterización
K1 nanoescala
K1 nanoscale
K1 renewable energy
AB Hoy en día, resulta indispensable incrementar el uso de fuentes de energía renovables.Entre ellas, cabe destacar la energía solar fotovoltaica, ya que es una de las fuentes de energíacon mayor potencial. El desarrollo de los materiales semiconductores es fundamental paramaterializar nuevos conceptos que incrementen la eficiencia de las celdas solares fotovoltaicas.En particular, la caracterización de las propiedades estructurales de los materialessemiconductores es indispensable para entender sus propiedades funcionales y mejorar el diseñode futuros dispositivos.La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo la investigación de estructuras con diseñosinnovadores para aplicaciones fotovoltaicas, en particular para celdas solares de banda intermediacon puntos cuánticos (QD-IBSCs) y para celdas solares de triple unión (3JSCs). Para ello, se harealizado la caracterización estructural en 3D de heteroestructuras semiconductoras III-V portécnicas de tomografía electrónica (ET) y de tomografía de sonda atómica (APT). Así, se hananalizado parámetros clave en el diseño de estas estructuras, como el apilamiento de QDs enestructuras de QD-IBSCs, o la distribución de composición a nivel atómico en ambos tipos deceldas, QD-IBSC y 3JSC.Inicialmente y con el objetivo de obtener información de calidad de los materialesestudiados, se ha desarrollado una metodología para fabricar muestras en forma de nanoaguja ensitios específicos del material localizados en el interior de dicho material masivo (en particular,alrededor de QDs enterrados) con un equipo de haces de iones focalizados (FIB). Dichametodología asegura que estas nanoagujas tengan una calidad optimizada para realizar estudiospor técnicas avanzadas de caracterización estructural como la ET y la APT.El análisis de estructuras de QDs de InAs/GaAs con capas de GaP para QD-IBSC haevidenciado que la ET es una técnica eficiente para determinar en 3D posibles apilamientos deQDs. Este análisis ha mostrado una desviación respecto a la dirección de crecimiento delapilamiento de QDs en esta estructura, lo cual tiene un efecto importante en la formación de labanda intermedia de energía en el material. Para entender el apilamiento de QDs observado, sehan utilizado datos de APT obtenidos en esta estructura para realizar cálculos de campos detensión-deformación usando el método de elementos finitos (FEM). Esto ha demostrado lafortaleza de la utilización conjunta de los datos de APT y los cálculos de FEM, ya que han permitidopredecir correctamente la posición de nucleación de un QD en el apilamiento (corroboradoexperimentalmente).El estudio por APT de muestras de QDs de InAs/GaAs con capas de InAlGaAs para QDIBSCsha mostrado desviaciones importantes en la distribución de composición del materialrespecto al diseño realizado. Así, se ha observado un gradiente en la composición de In dentro delos QDs, así como la formación de un anillo rico en Al alrededor de las nanoestructuras,probablemente debido a razones de deformación asociadas al pequeño tamaño de este elemento.La combinación de datos de APT con cálculos de FEM ha permitido entender los cambios en lamorfología de las nanoestructuras que se han observado en este material, evidenciando unamenor deformación en los anillos cuánticos (QRs) encontrados que en QDs con igual cantidad deIn.Finalmente, el estudio por APT de una aleación novedosa, el InAlAsSb, diseñada para serparte de la subcelda superior en una 3JSC, ha permitido observar fluctuaciones composicionalesa nivel nanométrico. Para ello, ha sido necesario aplicar métodos estadísticos de análisis, enparticular la Función de Distribución Radial (RDF), ya que dichas fluctuaciones no son evidentesde la observación directa de los datos de APT obtenidos. El análisis realizado ha permitido detectarzonas ricas en In y en Sb de alrededor de 4 nm de tamaño que explican el comportamiento defotoluminiscencia de este material. Los resultados obtenidos son esenciales para mejorar lascondiciones de crecimiento de este material y ayudarán en el desarrollo del mismo para suaplicación en 3JSC.
YR 2016
FD 2016-07-13
LK http://hdl.handle.net/10498/18466
UL http://hdl.handle.net/10498/18466
LA spa
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Cádiz
RD 21-sep-2026