Caracterización optoelectrónica de láminas de silicio implantadas con titanio (Optoelectronic characterization of titanium implanted silicon thin films)

Abstract

La energía solar fotovoltaica es una de las apuestas más fuertes actuales como opción energética limpia y renovable. El principal objetivo de su desarrollo es el de dar solución a los problemas energéticos del futuro. En la actualidad, diversas son las tecnologías en liza para el desarrollo tecnológico de una tercera generación de células solares fotovoltaicas. La célula solar basada en materiales semiconductores de banda intermedia (materiales semiconductores con una banda de estados permitidos en el gap de energías prohibidas) es un ejemplo de esta tecnología. En la presente investigación se estudiarán láminas de silicio que han sido implantadas con titanio en altas dosis, con el fin de obtener un material de banda intermedia. Concretamente se realizará una caracterización optoelectrónica consistente en medidas de fotoconductividad y medidas ópticas de transmisión y reflexión. Mediante las medidas de fotoconductividad de estas láminas, se ha observado una respuesta espectral extremadamente alta para energías por debajo del gap del silicio. De las medidas ópticas de transmisión y reflexión se ha desarrollado un modelo completo para el cálculo del coeficiente de absorción que viene a mejorar el actual modelo simplificado existente en la literatura científica. Se han medido valores muy altos del coeficiente de absorción para energías por debajo del gap del silicio. Todos estos resultados han sido analizados y explicados satisfactoriamente en el marco de la teoría de materiales de banda intermedia. [ABSTRACT] Solar energy is one of the most promising options as a renewable and clean kind of energy. Nowadays, there are some technologies candidates to reach a third generation PV. One example is the solar cell based in intermediate band material. In this kind of semiconductor material we can find an intermediate band with allowed states inside the forbidden band-gap of a semiconductor. This study analyses the production of an intermediate band material by the implantation with high doses of titanium on silicon. Specifically, an optoelectronic characterization consisting of spectral photoconductivity measurements has been done. It was also performed an optics characterization based on transmission and reflection measurements. Spectral photoconductivity measurements show an extremely high response for energies below the silicon bandgap. A complete model to calculate the absorption coefficient was made. This new model will improve the present simple model that is found in the scientific literature. From optics measurements it was observed a strong sub-bandgap absorption. All these results can be explained successfully by the intermediate band material theory.