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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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En la última década, el Perú ha perdido posicionamiento como exportador de café arábiga en el mundo. Esto es debido a las recurrentes fluctuaciones en el precio internacional de los granos verdes, y la falta de tecnificación necesaria para producir un café tostado con una calidad homogénea. En este contexto, esta propuesta plantea la preparación e implementación de una serie de sensores de gases orgánicos. Estos volátiles se emiten durante el tostado del café, y proporcionan información sobre el estado del tostado. En particular, la investigación se centrará en el desarrollo de sensores de ácido acético y vainillina. Estos volátiles permiten monitorear el proceso de ruptura de la cáscara de la semilla del café, proceso necesario para determinar el punto de tostado deseado. Los grupos de investigación que participan en esta propuesta han venido desarrollando sensores haciendo ingeniería de las propiedades de óxidos metálicos dopados con metales de transición y tierras raras. Los sensores serán producidos por dos vías: hidrotermal y por pulverización catódica. En particular, se desarrollarán sensores de ZnO dopados con: Al, Cu, y Cr. La sensibilidad, tiempo de respuesta y selectividad de los distintos sensores, será evaluada y contrastada entre ellos bajo distintas concentraciones y temperaturas. Los sensores seleccionados serán incorporados en una cámara previamente diseñada y construida en un proyecto anterior para fines similares. La cámara será acoplada a un tostador de café adquirido específicamente para esta investigación. La respuesta de los sensores se obtendrá en intervalos de un segundo y será analizada mediante 4 técnicas de machine learning: SVM, RF, MLP y CNN. El análisis de los datos permitirá evidenciar la presencia de ácido acético y vainillina, y servirá de guía al operador de tostado para obtener muestras de café con distintas calidades. Para la validación de la calidad del tostado se contratarán los servicios especializados de un maestro tostador.
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The present proposal aims to systematically study thermal activation and host-mediated rare-earth (RE) indirect excitation mechanisms in sputtered Indium Tin Oxide (ITO) and Aluminum doped Zinc Oxide (AZO) thin films embedded with Terbium (Tb) and Thulium (Tm) impurities. These are direct wide bandgap degenerated semiconductors that have the potential to combine low electrical resistivity and high visible optical transmittance, with light emission features, when doped with REs. There are only a few reports where a transparent conductive oxide has been doped with REs. In these cases, very little or no light emission was observed.1¿4 In addition, there is a lack of consensus on the excitation and activation mechanisms of RE-doped, wide-bandgap materials. Here, we develop new dispersion models to describe the absorption edge and complex refractive index considering excitonic effects, coupled to Drude, Lorentz and direct fundamental absorption processes. Our models will be experimentally tested and will serve as a platform to assess the RE indirect excitation mechanism via the formation of bound excitons to RE clusters in these materials. We expect to make the latter excitation mechanism evident by inducing the thermal quenching of the RE-related luminescence in a temperature range in which excitons cannot exist, thus determining the excitonic binding energy for RE clusters with different sizes. The project is aligned with the Dielectric Materials and Films ONR program and we believe it substantially contributes to the U.S. objective of mitigating potential supply disruption and lack of innovation in the area of RE materials. We aim to conduct fundamental research in order to develop novel RE-doped, wide bandgap semiconductor materials with optoelectronic properties that are suitable for applications in the naval, military and defense fields, renewable energies, light emitting and sensing devices, gas sensors and advanced optoelectronics.
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El objetivo principal de este proyecto es manipular las propiedades de películas delgadas de In2O3-SnO2 y ZnO:Al dopadas con Tm, Tb, Cr y Fe, con el fin de evaluar el efecto que los dopantes tendrían en la luminiscencia, conductividad eléctrica, transparencia óptica y magnética. Así como su desempeño como sensores de acetona bajo iluminación UV y bajas temperaturas de operación. Para esto se depositan las películas con un sistema de pulverización catódica de 3 magnetrones, permitiendo así hacer ingeniería a través de la manipulación de la concentración de los dopantes, temperatura del sustrato, y la activación con tratamientos térmicos después de la deposición. Las propiedades ópticas y rugosidad, serán evaluadas por el único elipsómetro espectral de ángulo variable que existe en el Perú, para temperaturas de la muestra in situ desde la temperatura ambiente hasta 400°C. Las propiedades de emisión de luz serán evaluadas por las técnicas de catodoluminiscencia y fotoluminiscencia. Las propiedades eléctricas serán evaluadas por Efecto Hall y Van Der Pauw, las propiedades magnéticas serán evaluadas por la magnetometría de muestra vibrante. El desempeño como sensores bajo excitación UV será evaluado para distintas concentraciones de acetona y temperaturas de trabajo. Al final del proyecto esperamos haber desarrollado un material multifuncional con las capacidades descritas anteriormente.
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Ante la creciente demanda por automóviles más eficientes, una estrategia común ha sido la producción de vehículos más ligeros y de menores dimensiones. Debido a la reducción del espacio de cabina y la resultante sensación de estrechez, los fabricantes han optado por implementar techos panorámicos de vidrio laminado. Esta solución permite una sensación agradable de espacio para los ocupantes en la cabina, pero complica considerablemente los esquemas de iluminación interna de los vehículos. Esto es debido a que la integración de elementos luminiscentes convencionales en vidrios laminados compromete la transparencia del vidrio y genera distorsiones apreciables desde el punto de vista del ocupante. Para abordar este problema, el presente proyecto propone un sistema de iluminación integrado al vidrio laminado que no compromete la transparencia ni distorsiona la imagen. Este sistema estaría basado en elementos pasivos encapsulados dentro del vidrio laminado, los cuales dispersan la luz que incide lateralmente sobre ellos pero perturban mínimamente la luz que incide perpendicularmente. De esta manera, es posible iluminar de forma lateral y producir regiones brillantes en los vidrios laminados sin comprometer su transparencia óptica ni claridad. Los elementos dispersivos translúcidos están basados en nanocompuestos cerámicos de dióxido de silicio (SiO2) y dióxido de titanio (TiO2). Estos son integrados al vidrio mediante altas temperaturas durante el proceso de laminado. Más allá del desarrollo de este sistema, se realizará una caracterización extensa y detallada de las propiedades ópticas y mecánicas de estos elementos en conjunción con los vidrios laminados. Finalmente, el desarrollo de este proyecto se encuentra enmarcado en la colaboración académico industrial entre los laboratorios de Ingeniería y Ciencias de los Materiales de la PUCP y los laboratorios de AGP en Lima y Ghent.
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La eficiencia de celdas solares es limitada por el material. Solo una región restringida del espectro solar es utilizada. Además, la luz en el rango azul es absorbida por la celda pero esta absorción ocurre cerca de la superficie donde la tasa de recombinación es mayor debido a defectos electrónicos. Para superar esto se usan materiales distintos, formando así un tándem donde cada material es optimizado para una región particular. Las perovskitas han demostrado en la última década tener potencial para ser usadas como capa absorbente en la celda frontal de un sistema tándem. El HZB se enfoca en el desarrollo de nuevos materiales y procesos para mejorar la eficiencia y reducir el costo de celdas solares. Las estructuras de celdas tándem perovskita/silicio son uno de sus intereses, abarcando la ingeniería de las propiedades optoelectrónicas de la capa absorbente, estudio de su estabilidad y optimización de electrodos transparentes. El Grupo de Ciencia de los Materiales de la Sección Física en la PUCP se especializa en la caracterización de materiales semiconductores. Su investigación se centra en el estudio y la ingeniería de las propiedades optoelectrónicas. La cooperación entre la PUCP y el HZB se inició en el 2015 y ha producido publicaciones conjuntas desde entonces. Actualmente ambos grupos continúan cooperando en la caracterización y desarrollo de materiales con aplicaciones fotovoltaicas
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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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Actualmente, el gobierno peruano está preparando una reforma de la política energética nacional que permita incrementar el porcentaje de energía renovable a la producción energética del país. El mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías fotovoltaicas (FV). Sin embargo, aún no existen estudios científicos sobre el verdadero comportamiento particular de cada una de estas en el país, considerando sus diversos climas. Cada año nuevas tecnologías de mayor eficiencia y menor costo entran al mercado FV. En este sentido, las universidades de las regiones de Lima (PUCP y UNI), Arequipa (UNSA), de Tacna (UNJBG) y de Amazonas (UNTRM) investigarán en conjunto el rendimiento energético, técnico- y socio-económico de sistemas de nuevas tecnologías FV. Este proyecto busca estudiarlas y evaluarlas bajo las condiciones climáticas en el lugar de estudio. Los estudios en aspectos de rendimiento energético también facilitarán la identificación de efectos de degradación. La investigación se realizará a nivel de sistema FV conectado a la red para estudios de rendimiento energético y de modelamiento para la predicción de la producción energética. Estos serán acompañados por estudios a nivel de módulos para la investigación de las propiedades fundamentales de las diferentes tecnologías y como son afectadas por las variables meteorológicas, Finalmente, a partir de los resultados energéticos, se realizará un estudio de los potenciales impactos técnico-socioeconómicos, así como de los beneficios medioambientales que generaría la intervención FV en el lugar de estudio con cada tecnología. Mediante las herramientas de simulación y análisis de datos que se desarrollen, se realizará una estimación de la energía eléctrica generada, así como un estudio de rentabilidad económica.
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