TESIS INSTITUTO SABATO
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Examinando TESIS INSTITUTO SABATO por Autor "Alurralde, Martín A."
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Ítem Acceso Abierto Simulación y caracterización del daño por radiación en celdas solares(2019) García, Javier Andrés; Pla, Juan; Alurralde, Martín A.La principal fuente de energía en satélites y sondas espaciales es la provista por el Sol a través de la conversión fotovoltaica de sus paneles solares. Por este motivo es crucial, por un lado, garantizar la durabilidad de las celdas solares durante el tiempo previsto en la misión y, por otro, aumentar su eficiencia debido al continuo incremento de la demanda de energía eléctrica de sus instrumentos. El Departamento Energía Solar (DES) de la Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina (CNEA) realiza actividades de investigación y desarrollo relacionadas con el aprovechamiento de la energía solar mediante conversión fotovoltaica para aplicaciones espaciales y terrestres. La presente tesis, realizada en el DES, tiene como objetivo general cubrir la necesidad de contar con una técnica que caracterice la estructura de los defectos presentes en los semiconductores que constituyen las celdas solares, como una herramienta adicional para evaluar y predecir el daño producido por la radiación espacial sobre estas, ya que este causa la degradación de su prestación. En este marco, resulta fundamental conocer el comportamiento de los dispositivos al ser sometidos a experimentos de daño por radiación con dosis acordes con la órbita y la duración de cada misión particular, para así realizar el correcto dimensionamiento de los paneles solares. Dado que se desconoce el efecto de cada tipo de defecto producido por la radiación en la prestación de las celdas solares, el objetivo particular del presente trabajo es determinar experimentalmente la estructura de defectos electrónicamente activos producida en los dispositivos bajo estudio antes y después de las experiencias de daño por radiación utilizando la técnica Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Para ello se repasó la fenomenología física involucrada en la conversión fotovoltaica de la energía solar, la descripción del ambiente espacial, y el efecto producido por la radiación en los materiales semiconductores. Además, se estudiaron los principios básicos que regulan el funcionamiento de la espectroscopía DLTS, particularmente las propiedades de la capacidad de la juntura semiconductora y cómo se ve afectada en presencia de defectos. A partir de esto se estudió la forma de su aplicación experimental y el análisis necesario para determinar la energía de activación, la sección de captura y la densidad de los defectos a partir de los resultados experimentales. Utilizando este conocimiento se implementó la técnica en el DES. Dado que no se contaba con desarrollos previos, se repasaron las condiciones técnicas para su implementación, se realizaron desarrollos de hardware y software, y finalmente se realizó la puesta a punto del sistema y su validación. Con la implementación de la técnica DLTS finalizada, se realizaron experimentos de daño por radiación con protones de 10 MeV en el acelerador de iones pesados TANDAR de la CNEA sobre sensores solares de silicio fabricados en el DES. Estas experiencias fueron diseñadas y realizadas específicamente para aplicar la técnica DLTS con el desarrollo implementado. Se realizaron caracterizaciones de las muestras antes y después de las irradiaciones, utilizando técnicas previamente implementadas en el DES, que mostraron la degradación de los sensores a medida que aumentaba la fluencia de la irradiación. Finalizadas las irradiaciones se realizaron las mediciones y análisis de DLTS, arrojando como resultado la energía de activación, la sección de captura y la densidad para cada fluencia estudiada de cada defecto provocado por la radiación. Por otra parte se realizaron cálculos numéricos de la capacidad, tanto estacionaria como transitoria, de junturas semiconductoras con defectos introducidos a priori a fin de simular la aplicación de la técnica DLTS. La introducción de mejoras originales en el modelo analítico normalmente utilizado, que incluyeron la eliminación de aproximaciones y la incorporación de modelos físicos de las propiedades electrónicas, permitió refinar el análisis de de los resultados experimentales, estudiar los errores provocados por las condiciones experimentales sobre el cálculo de las características de los defectos, así como mejorar, en algunos casos, el ajuste de dichos resultados. Por último, en base a las simulaciones y las características del equipo desarrollado, se propuso como trabajo futuro mejorar el control térmico a fin de aumentar la resolución en temperatura del dispositivo experimental, ya que esta es la variable más importante para reducir el error experimental. Por otro lado se propone seguir trabajando en la mejora del modelo teórico de la capacidad con la perspectiva de perfeccionar la fidelidad en la reproducción de los espectros experimentales y, consecuentemente, la extracción de los parámetros de los defectos.