| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| DISEÑO Y FABRICACIÓN DE METASUPERFICIES Y NANOESTRUCTURAS PARA CÉLULAS SOLARES DE PELÍCULA DELGADA | | Autor/a | Sanchez Ordoñez, Pablo Antonio | | Departamento | Electrónica | | Director/a | Esteban Martinez, Óscar | | Fecha de depósito | 24-04-2024 | | Periodo de exposición pública | 25 de abril a 10 de mayo de 2024 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Modalidad | Presencial | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | El mercado energético no ha dejado de crecer en las últimas décadas, pero este desarrollo debe conciliarse con la creciente preocupación por el cambio climático y la crisis económica y humanitaria asociada. Por esta razón, la investigación y el desarrollo de energías renovables ha experimentado un auge en las últimas décadas. Entre las múltiples opciones disponibles (eólica, biomasa, geotérmica, etc.), la energía solar, en cualquiera de sus formas, es una de las más utilizadas, debido a que es tecnología consolidada y presenta ventajas frente a otras fuentes renovables. A pesar de la existencia de muchos tipos diferentes de células solares, todas tienen inconvenientes comunes, como la eficiencia, el coste por W o la alta complejidad de fabricación, por nombrar algunos. La tecnología de células solares de película delgada reduce los costes y la dificultad de fabricación, permitiendo además su integración en dispositivos más pequeños, pero presenta la desventaja de ser mucho menos eficiente en comparación con las células solares de silicio cristalino. Este problema ha sido ampliamente abordado en la literatura, donde se pueden encontrar multitud de propuestas y diseños diferentes utilizando nanopartículas y metasuperficies para mejorar la eficiencia de este tipo de células solares.
La fabricación a escalas nanométricas es un proceso complicado y costoso, que requiere de dispositivos muy específicos y procesos industriales con una alta estandarización y poca flexibilidad. El diseño también presenta sus contrapartidas, con programas de simulación y cálculo comerciales que requieren una gran potencia computacional con tiempos de cálculo muy elevados, especialmente si se trata de una optimización exhaustiva o se utilizan nuevos algoritmos como las redes neuronales o el aprendizaje automático. El avance de la tecnología fotovoltaica no puede basarse solo en el desarrollo de sistemas cada vez mas precisos o complejos, también tiene que existir un avance en horizontal que permita desarrollar técnicas de bajo coste que no requieran recursos específicos y que puedan ser implementadas en paralelo a los procesos de fabricación ya establecidos, así como a dispositivos ya instalados.
Siguiendo esta premisa, en esta tesis se abordará el proceso completo del desarrollo de una capa Antireflectante (ARC, Anti-Reflective Coating por sus siglas en inglés) nanoestructurada, desde el diseño preliminar a la fabricación, mediante técnicas sencillas y eficientes que permitan obtener resultados equivalentes a los paquetes de software comerciales. Con este propósito, se presenta una modificación de un método de índice de refracción efectivo, basado en la aproximación dipolar discreta, que permite obtener resultados cualitativamente muy similares, en tiempos mucho más cortos (hasta un 99,9% menos) con una potencia de cálculo mucho menor. Así mismo, se han ensayado varios sistemas de fabricación para nanoestructuras no ordenadas, siendo la técnica Doctor-Blade la que mejores resultados ofrece, permitiendo, con un bajo coste, mejorar la Reflectancia y la Transmitancia de la capa y que puede ser aplicada a grandes superficies y a dispositivos solares ya desplegados, sin necesidad de modificar sustancialmente el sistema de fabricación. |
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