Determinación de estructuras electrónicas para el diseño de nuevos materiales fotovoltaicos, mediante métodos ab-initio.
El objetivo de esta línea de investigación es determinar mediante un procedimiento de cálculo teórico las características electrónicas y estructurales de un nuevo material semiconductor con propiedades optoelectrónicas mejoradas para su uso en células solares fotovoltaicas. Una de las características de dicho material es que exhiba en su estructura una banda intermedia entre la de conducción y la de valencia, capaz de absorber y emitir fotones de baja energía y contribuir así al aumento de la eficiencia que presentan las células solares convencionales. Para determinar estas propiedades es necesario llevar a cabo cálculos mecanocuánticos muy precisos de los diagramas de bandas de energía y propiedades estructurales. En nuestro estudio utilizamos para ello el método DFT en su aproximación estandar local (LDA) o de gradientes (GGA). Se han realizado también cálculos más avanzados en donde se incluyen correciones para el intercambio mediante el método de intercambio exacto (EXX) y para la correlación con la inclusión de un término de Hubbard mediante el método DFT+U. Hemos identificado principalmente varias aleaciones ternarias basadas en semiconductores III-V tipo GaAs o GaP, o en semiconductores tipo calcopirita CuGaS2 donde el átomo del grupo III es sustituido por metales de transición con electrones 3d, principalmente el Titanio, a distintas concentraciones y posiciones dentro del semiconductor de partida. Nuestros cálculos presentan la banda intermedia estable y aislada dentro del bandgap del semiconductor. Para estos sistemas que presentan una banda intermedia se estudia su viabilidad termodinámica, el efecto de la vibración en la entropía y sus propiedades optoelectrónicas.
Proyectos Recientes:
- BESTMAT-QC: MEJORANDO LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR CON MATERIALES SEMICONDUCTORES BASADOS EN PEROVSKITAS INORGÁNICAS-CÁLCULOS CUÁNTICOS. PID2019-107137RB-C22/AEI/10.13039/501100011033
Proyectos Antiguos:
- SEHTOP: Aprovechamiento de Luz Solar mediante un proceso de dos fotones. Calculos Cuánticos. ENE2016–77798-C4–4-R
- BOOSTER: Mejora de la conversión de energía solar mediante procesos de excitación electrónica en dos etapas: Cálculos Cuánticos, ENE2013-46624-C4-2-R
- FOTOMAT:Diseño, síntesis y caracterización de materiales fotovoltaicos avanzados de alta eficiencia. Ministerio de Educación y Ciencia. (MAT2009-14625-C03-01).2009-2012
- GENESIS-FV: Investigación en materia de una nueva generación de materiales, celulas y sistemas para la conversion fotovoltaica.Consolider-Ingenio 2010.Ministerio de Educación y Ciencia( CSD2006-04). 2006-2011
- CALIBAND: Nuevos materiales fotovoltaicos de banda intermedia basados en calcogenuros. Ministerio de Educación y Ciencia. (MAT2006-10618).2006-2009
- NUMANCIA: Nueva generación de materiales , dispositivos y estrategias fotovoltaicas para un mejor aprovechamieto de la energía del sol. Comunidad de Madrid (S-05050/ENE/0310) 2005-2009.
- FULLSPECTRUM: A new PV wave making more efficient use of the solar spectrum. European Commision. 6º programa Marco.2003-2008.
- TRIBAND: Diseño cuántico de materiales fotovoltaicos de banda intermedia, de aplicación en células solares de alta eficiencia. Ministerio de Educación y Ciencia. (MAT-2004-04631) 2004-2007
- SUPERBI: Diseño de materiales fotovoltaicos avanzados de alta eficiencia. Cálculos de superestructuras electrónicas de banda intermedia. Ministerio de Ciencia y Tecnología.(MAT2002-01076) 2003-2004
- MIBCELL: Metallic intermediate band solar cells for high efficiency and low cost in photovoltaics. European Commision. (ENK6-CT2002-00310) 2000-2004
- NECUBI: Nuevas estructuras cuanticas de banda intermedia. Aplicacion a dispositivos fotovoltaicos de muy alta eficiencia. Ministerio de Educación y Ciencia.(TIC2000-1399-C02-02) .2000-2003
- SEBI: Superestructuras electronicas con bandas intermedias. Aplicación a células solares de alto rendimiento. Universidad Politécnica de Madrid.(UPM 11.118) 2000-2001
