Estudio de Celdas Solares Basadas en Materiales III-V

Abstract

Los dispositivos fotovoltaicos basados en semiconductores III-V se utilizan como fuente de potencia de satélites y otros vehículos espaciales debido a su alta eficiencia y resistencia a la radiación. En particular, los paneles solares de las próximas misiones satelitales argentinas contarán con celdas de triple juntura, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge fabricadas por la empresa Emcore. Se realizaron simulaciones numéricas de celdas solares basadas en materiales III-V, estableciéndose para ello una colaboración entre grupos del INTEC y la CNEA. Los cálculos fueron realizados mediante el código D-AMPS-1D el que permite evaluar, entre otras características, las curvas JV bajo iluminación y en oscuridad, la respuesta espectral, la distribución del campo eléctrico en el dispositivo, y la concentración de portadores libres y atrapados. Se presenta el estudio de homojunturas n-p basadas en InGaP, GaAs y Ge, materiales que conforman la mencionada celda de triple juntura, habiéndose llegado a un buen acuerdo entre los parámetros eléctricos simulados en este trabajo y los experimentales presentados en la literatura. Asimismo, se presentan resultados preliminares de la interconexión de las tres homojunturas simuladas para dar lugar a la simulación de una celda triple juntura InGaP/GaAs/Ge. Esta actividad permitirá aportar en el futuro conocimientos para el diseño, predicción del funcionamiento y optimización de este tipo de dispositivos.

Photovoltaics devices based on III-V semiconductors were used as power supply of satellites and other spacial vehicles because their high efficiency and resistance to the radiation. In particular, the next Argentine satellites space missions will use solar arrays with triple junction solar cells, ATJ (Advanced Triple Junction) InGaP/GaAs/Ge developed by Emcore Photovoltaics. Numerical simulation of III-V solar cells device was performed, a scientific collaboration between INTEC and CNEA was established. Calculations were performed by using the D-AMPS-1D, this code between other charlacteristics evaluates the JV curve under dark and under illumination, the spectral response, the electric field distribution and the free and trapped carrier concentrations. In this work, the n-p homojunction study based in InGaP, GaAs y Ge was presented. These materials represent the constituents of a triple junction. The results of the numerical simulations show a good agreement with the experimental ones already reported in the literature. Furthermore, preliminary results of a triple junction simulation are presented. This activity facilitates the knowledge for the design, the working prediction and the optimisation of these devices.