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Amorphous wide-bandgap semiconductors have attracted attention in the past decades. The reasons for this are twofold. First, these materials are suitable for applications in opto-electronic devices. For instance, a-SiC:H is currently a candidate to serve as photo-electrode in photo-electrochemical devices for hydrogen production [Zhu10]. Additionally, the interface between c-Si and amorphous silicon oxides/nitrides is of profound interest due to its numerous applications in microelectronics and energy conversion devices. Second, the modeling of several properties is very challenging and also they are very different from their crystalline counterpart. One important difference between amorphous and crystalline materials lay in the band-tail states. The origin of these tail states and how they merge into the extended conduction and valence band states is a still an unresolved issue. Band-to-band transitions are responsible for the main absorption and are the primary measure of the optical bandgap energy. Currently, the most prominent model for the fundamental absorption due to its easy implementation is the Tauc approach from which the Tauc-gap is calculated. However it is sensitive to both, band-tails states and the separation of the mobility edges. Furthermore it is not possible to systematically determine the fundamental absorption region from single absorption measurements due to the presence of the large band-tail states which overlap to the fundamental absorption in the typical measured spectral region. In the present one year project we attempt to produce and characterize a-SiNx and a-SiNx:O:H in the whole nitrogen composition range. Motivated by the recent publications [Gue16, Lie15] and [Sei11], we aim to tailor the optical bandgap of this material by manipulating its stoichiometry and then tune its electronic and optical properties by the incorporation of hydrogen and oxygen during the deposition process in order to improve its passivation qualities.
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Actualmente, el gobierno peruano está preparando una reforma de la política energética nacional que permita incrementar el porcentaje de energía renovable del país. Por las ventajas técnico-económicas que ofrece, la tecnología fotovoltaica (FV) es la técnica renovable de generación de energía eléctrica que mayor tasa de crecimiento ha presentado en la última década. El mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías FV, entre ellas los módulos de tecnología bifacial, que permite captar la energía solar por ambas caras. Aún no existen estudios científicos sobre el verdadero comportamiento particular de esta en el país. En este proyecto se investigará el desempeño de dos distintas tecnologías y dos diferentes configuraciones de módulos FV bifaciales. Para ello, será obtendrá y analizará la curva característica de corriente-voltaje del módulo. A la vez se registrarán las variables meteorológicas de interés (irradiancia, albedo, temperatura, polvo, etc.) que afectan a su producción energética. Debido al peculiar clima limeño, donde durante los meses de invierno el cielo se encuentra mayormente nublado y con un gran componente de radiación difusa, se aplicarán y compararán dos configuraciones de orientaciones de los módulos bifaciales: (1) orientación hacia el norte con una inclinación de 15°, y (2) posición vertical con las caras del módulo orientadas hacia el este y oeste. A partir de los resultados experimentales de ambas configuraciones, se aplicarán modelos matemáticos y físicos que permitan extraer y evaluar los parámetros eléctricos principales de los módulos bifaciales. En este sentido, se podrá predecir la producción de energía FV para estas condiciones y seleccionar la tecnología y configuración adecuada. Los resultados conducirán a entender mejor el rendimiento y comportamiento de los módulos bifaciales bajo las condiciones climáticas de Lima. Además, los datos obtenidos facilitarán los estudios de ahorro energético y económico.
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Innovate Perú - Beca para la repatriación de investigadores peruanos residentes en el extranjero (274-PNICP-BRI-2015): El proyecto incluye una cooperación con el Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) y el Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), instituciones alemanas de investigación de tecnologías fotovoltaicas. El objetivo del proyecto es desarrollar nuevos conceptos de células solares de Silicio de mayor eficiencia y menor costo que las tecnologías actuales. Para ello se investigarán las propiedades de pasivación y ópticas de películas delgadas sobre silicio cristalizado en fase líquida (LPC-Si) y obleas de silicio cristalino (c-Si). Las películas investigadas son Nitruro de Alumino (AlN) y Nitruro de Silicio (SiN), Oxido de Nitruro de Silicio (SiOxNy) y Oxido de Silicio hidrogenado (SiOx:H). Se estudiaran y optimizaran las propiedades electrónicas y ópticas en las interfaces cuales afectan la eficiencia de las células solares. Los materiales serán depositados por dos diferentes métodos industriales: Radio Frequency (RF) Magnetron Sputtering y Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD).
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Actualmente, el gobierno peruano está preparando una reforma de la política energética nacional que permita incrementar el porcentaje de energía renovable al mix energético del país. Perú es el país del Sol y la tecnología fotovoltaica (FV). Por las ventajas técnico-económicas que ofrece, es la técnica renovable de generación de energía eléctrica que mayor tasa de crecimiento ha presentado en la última década. Actualmente, el mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías FV. Sin embargo, aún no existen estudios científicos sobre el verdadero comportamiento particular de cada una de ellas en el país considerando sus diversos climas. En este proyecto se investigará el desempeño de diferentes generaciones de tecnologías de módulos FV. Para ello, será necesario la realización de una extensa campaña experimental en la cual, además de la obtención y análisis de la curva característica de corriente-voltaje del módulo, será necesario registrar todas las variables meteorológicas de interés (irradiancia, distribución espectral, temperatura, humedad, polvo, etc.) que afectan a su producción energética, así como a la degradación de los mismos. A partir de los resultados experimentales, se validarán modelos matemáticos y físicos los cuales se optimizarán para las condiciones climatológicas de la región de Lima. En este sentido, se podrá predecir la producción de energía FV para estas condiciones. El resultado esperado conducirá a entender mejor el rendimiento y comportamiento de cada tecnología. Se pretende que la metodología aplicada y modelos desarrollados puedan replicarse en las distintas zonas climáticas del Perú. Además, los datos obtenidos facilitarán los estudios de ahorro energético y económico. Finalmente, los resultados serán de interés para el sector energético en el marco de su actual y futura transición a energías renovables, ya que motivarán e impactarán la selección de las tecnologías fotovoltaicas adecuadas para el clima peruano.
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El Grupo de Ciencia de Materiales y Energías Renovables (MatER) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) desde 2017 cuenta con un laboratorio con equipamiento adecuado para la caracterización y calibración de paneles FV. Además, cuenta con 3 sistemas FV de 1.5 kWp cada uno, de tecnologías PERC, HJT y CIGS, y sistemas de monitoreo. Su laboratorio fue financiado por fondos de la PUCP y por proyectos de investigación del Fondecyt y Banco Mundial. Estos mismos sistemas FV el grupo instaló en 5 distintas regiones (Lima, Arequipa, Tacna, Amazonas y Puno) con diferentes climas en el Perú para su evaluación energética y técnico-económica. La empresa Statkraft instaló un laboratorio con sistemas fotovoltaicos conectados a la red de las 4 tecnologías mencionadas, cada uno de 10 kWp, en La Oroya, región Junín. En colaboración con el Grupo MatER la empresa Statkraft desear realizar un proyecto de investigación cuyo objetivo principal es evaluar las distintas tecnologías FV bajo las condiciones climáticas locales a 3,694 m.s.n.m.
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Pillar I: Wide-bandgap semiconductors To develop a continuous flow photoelectrochemical electrolyzer to perform photoanode-driven NO reduction on Cu2O dark cathodes at a lower operating cell voltage obtaining a better Faradaic and energy efficiency. Pillar II: 2D materials The general objective of this pillar is the production of MAX films by magnetron sputtering. Thin films library will be produced with a variation of different concentrations of the elements M, A and X to obtain the optimal composition and thus improve the MXenos synthesis process. A second step is the production of the MXenes by varying the acid treatment parameters such as time and acid concentration. Electrochemical electrode modification with MXenes is the most promising approach to improve sensitivity, selectivity, analyte adhesion, and detection limits in electrochemical detection devices (sensors). Due to such reasons, nanomaterialbased electrochemical (bio)sensors have attracted enormous attention in recent years for the detection of a variety of analytes. In this sense, a last stage of the project would be the evaluation of the use of electrodes based on MXenes in electrochemical sensors for the detection and quantification of biomolecules (eg. neurotransmitters, glucose). It seeks to understand how the synthesis parameters of the MAX phases as well as that of the MXenos films could affect their performance as an electrode in said sensors for the detection of biomolecules of importance for human health. Pillar III: Bifacial PV system The general objective of the pillar pursues the experimental study of the impact of the main operating conditions on the energy production of photovoltaic systems connected to the grid (SFCR) based on bifacial technology. The conditions to be studied are the distance between the fixed-angle photovoltaic modules to the ground, the reflection and albedo properties of the ground, as well as the inhomogeneities of the irradiance received by the back side.
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The effect of terbium doping on the optical, electrical and light emission properties of sputtered indium tin oxide and aluminum doped zinc oxide thin films will be investigated for different annealing conditions and dopant concentrations. The films will be prepared by RF magnetron sputtering maintaining a high transmittance in the ultraviolet, visible and near infrared spectral regions and a fairly low sheet resistance. In order to induce the activation of terbium luminescent centers, the films will be annealed up to 700°C under distinct atmospheres, high vaccum, air and oxygen. The variation of the terbium related integrated light emission intensity versus de annealing temperature and the impact on the optical and electrical properties are of main interest in this project. Optical transmittance, electrical resistivity and X-ray diffractometry will be registered after each annealing process to assess the compromise between the achieved light emission intensity and optical and electrical properties.
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El mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías fotovoltaicas (FV), entre ellas los módulos de tecnología bifacial, que permite captar la energía solar por ambas caras. Aún no existen estudios científicos sobre el rendimiento energético de esta tecnología en el Perú. En este proyecto se investigará el desempeño energético de tres distintas tecnologías de módulos FV bifaciales que se distinguen en su eficiencia y factor de bifacialidad. A la vez se registrarán las variables meteorológicas de interés que afectan a su producción energética: irradiancia, albedo y temperatura. Debido al peculiar clima en Lima, donde durante los meses de invierno el cielo se encuentra mayormente nublado y con un componente significante de radiación difusa, se aplicarán y compararán dos configuraciones de orientaciones de los módulos bifaciales: (1) orientación hacia el norte con una inclinación de 15°, que para un día soleado tiene su producción máxima al medio día, y (2) posición vertical con las caras del módulo orientadas hacia el este y oeste. A partir de los resultados experimentales de ambas configuraciones durante un periodo de un año, se evaluará la producción energética de cada tecnología FV. Esto permitirá comparar y seleccionar la tecnología de módulo FV más eficiente. Se realizará una comparación de rendimiento energético de ambas configuraciones, inclinada y vertical, distinguiendo entre temporadas de días claros y nublados. Finalmente, los resultados de estas comparaciones facilitarán el diseño de distintas configuraciones de sistemas FV, que podrían ser una mezcla de paneles bifaciales inclinados y verticales, con el fin de maximizar la producción energética y disminuir pérdidas por el polvo a lo largo de un año. Este proyecto conducirá a entender mejor el rendimiento de los módulos bifaciales y encontrar soluciones óptimas de sistemas FV para maximizar su rendimiento energético y económico bajo las condiciones climáticas de Lima.
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