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Las películas mono-cristalinas semiconductoras de materiales con un amplio ancho de banda como carburo de silicio (c-SiC) o nitruro de aluminio (c-AlN) son de creciente interés en investigación y desarrollo para aplicaciones ópticas [Steckel]. Esto se debe principalmente a sus extraordinarias propiedades, como son su alto voltaje de ruptura y conductividad térmica, en contraste con los semiconductores usuales como GaAs y Si. Así mismo, un amplio ancho de banda permite la transmisión en todo el rango visible, lo cual es la base para aplicaciones optoelectrónicas. Las contrapartes amorfas (a-SiN y a-AlN) tienen la ventaja de ser producidas de manera simple y menos costosa que las cristalinas, sin la desventaja de perder importantes propiedades propias de los cristales. Adicionalmente, hay aspectos que difieren del caso cristalino. Por ejemplo, el control del dopaje para manipular sus propiedades ópticas y eléctricas a través de la saturación de en laces libres con hidrogeno en un proceso de deposición reactivo, u oxígeno en un proceso de saturación por difusión ex situ. En este proyecto se producirán películas delgadas de carburo de silicio hidrogenado (a-SiC:H) por pulverización catódica de radiofrecuencia reactiva. Y se analizará su estabilidad ante la exposición del medio ambiente. La caracterización óptica se realizará a partir de medidas espectroscópicas de transmisión en el rango ultravioleta y visible (espectroscopia UV-VIS) y en el infrarojo (espectroscopia FTIR). El ancho de banda se investigará en función de tratamiento térmico, concentración de hidrogeno y de oxígeno. Así mismo se investigarán las propiedades eléctricas a través de espectroscopia de impedancia.
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Los materiales con un amplio ancho de banda como el carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4) o nitruro de aluminio (AlN) son de creciente interés en investigación y desarrollo para aplicaciones ópticas. Esto se debe a que estos materiales exhiben propiedades extraordinarias como un alto voltaje de ruptura, alta conductividad térmica y sobre todo biocompatibilidad (bioinerte), en contraste con los semiconductores usuales GaAs y Si. Adicionalmente, un amplio ancho de banda permite la transmisión de luz en el espectro visible. Esta característica permite la emisión de luz a temperatura de ambiente, cubriendo por ejemplo los colores básicos azul (Tm3+), verde (Tb3+) y rojo (Eu3+). Adicionalmente, un dopaje con gadolinium (Gd3+) en AlN emite en el ultravioleta interactuando con un tejido biológico en una manera bien definida. De otro lado, es posible hacer ¿ingeniería del ancho de banda¿, variando la composición (x) de los materiales, como por ejemplo en el compuesto Al(1-x)SixN. Ello abre la posibilidad de manipular las propiedades de emisión, como ya fue demostrado por nuestro grupo con el sistema (SiC)1-x(AlN)x. Las contrapartes amorfas (a-SiC, a-SiN y a-AlN) tienen la ventaja de ser producidas de manera simple y menos costosa que las cristalinas, sin perder las propiedades ventajosas de los cristales. El presente proyecto tiene el objetivo principal de producir peliculas delgadas de carburo de silicio, nitruro de silicio y nitruro de aluminio dopados con tierras raras, con el fin de optimizar la emisión óptica con diversos métodos, como el cambio de nanoestructura en la matriz amorfa a través de tratamientos térmicos. Adicionalmente, en el caso de carburo de silicio dopado con tierras raras se investiga en cooperación con la universidad Cayetano Heredia la biocompatibilidad de las películas producidas y sus potenciales usos como biomarcadores.
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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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Los materiales con un amplio ancho de banda como nitruro de silicio (Si3N4) o nitruro de aluminio (AlN) son de creciente interés en investigación y desarrollo para aplicaciones ópticas. Esto se debe a que estos materiales exhiben propiedades como un alto voltaje de ruptura, alta conductividad térmica, en contraste con los semiconductores usuales como GaAs y Si. Adicionalmente, un amplio ancho de banda permite la transmisión de luz en el espectro visible, esta característica no solo es atractiva en un semiconductor, sino que al dopar estos semiconductores con iones de tierras raras también permiten la emisión de luz a temperatura de ambiente, cubriendo por ejemplo los colores básicos azul (Tm3+), verde (Tb3+) y rojo (Eu3+). De otro lado, es posible hacer ¿ingeniería del ancho de banda¿, variando la proporción (x) de los materiales como por ejemplo en el compuesto Al1-xSixN. Ello abre la posibilidad de manipular las propiedades de emisión, como ya fue demostrado por otro grupo en el sistema Al1-xGaxN y por nuestro grupo en el sistema (SiC)1-x(AlN)x. Las contrapartes amorfas (a-SiC, a-SiN y a-AlN) tienen la ventaja de ser producidas de manera simple y menos costosa que las cristalinas, sin la desventaja de perder importantes propiedades propias de los cristales. Adicionalmente, hay aspectos que difieren del caso cristalino. Por ejemplo, el carácter indirecto de las transiciones en c Si3N4 está ausente en el caso amorfo, por lo que las aplicaciones en optoelectrónica parecen prometedoras. En el caso de a-AlN incluso sería posible pensar en aplicaciones cerca de la región ultravioleta, debido a su amplio ancho de banda, de 6 eV.
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Los materiales con un amplio ancho de banda como nitruro de silicio (Si3N4) o nitruro de aluminio (AlN) son de creciente interés en investigación y desarrollo para aplicaciones ópticas. Esto se debe a que estos materiales exhiben propiedades como un alto voltaje de ruptura, alta conductividad térmica, en contraste con los semiconductores usuales GaAs y Si. Adicionalmente, un amplio ancho de banda permite la transmisión de luz en el espectro visible, esta característica no solo es atractiva en un semiconductor, sino que al dopar estos semiconductores con iones de tierras raras también permiten la emisión de luz a temperatura de ambiente, cubriendo por ejemplo los colores básicos azul (Tm3+), verde (Tb3+) y rojo (Eu3+). De otro lado, es posible hacer ¿ingeniería del ancho de banda¿, variando la proporción (x) de los materiales como por ejemplo en el compuesto Al1 xSixN. Ello abre la posibilidad de manipular las propiedades de emisión, como ya fue demostrado por otro grupo en el sistema Al1-xGaxN y por nuestro grupo en el sistema (SiC)1-x(AlN)x. Las contrapartes amorfas (a-SiC, a-SiN y a-AlN) tienen la ventaja de ser producidas de manera simple y menos costosa que las cristalinas, sin la desventaja de perder importantes propiedades propias de los cristales. Adicionalmente, hay aspectos que difieren del caso cristalino. Por ejemplo, el carácter indirecto de las transiciones en c Si3N4 está ausente en el caso amorfo, por lo que las aplicaciones en optoelectrónica parecen prometedoras. En el caso de a-AlN incluso sería posible pensar en aplicaciones cerca de la región ultravioleta, debido a su amplio ancho de banda, de 6 eV.
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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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