Modelado numérico tridimensional de celdas solares con estructura Cu(In,Ga)Se2

Abstract

En este trabajo se realizó un estudio de las celdas solares de película delgada de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) con el fin de establecer por qué su baja cristalinidad, sin embargo, no representa un obstáculo para que sean las más eficientes en su género en todo el mercado sino también unas de las más económicas del mismo; por tal razón, mediante el software Comsol Multiphysics se simuló el modelo físico de carácter tridimensional propuesto en este trabajo para una celda solar CIGS, el cual está basado en las ecuaciones que describen el comportamiento de los portadores de carga en un material semiconductor a saber, la ecuación estacionaria de Poisson y las ecuaciones de continuidad, teniendo en cuenta las corrientes de difusión y arrastre, teniendo en cuenta que el software COMSOL utiliza para la simulación tridimensional el método de discretización de Sharfetter-Gummel y el de diferencias finitas, empleando una malla rectangular que finalmente logra resolver el mencionado sistema de ecuaciones por la técnica de Newton Raphson. La solución de tal sistema de ecuaciones diferenciales para parámetros predeterminados para el potencial electrostático , la concentración de electrones n y la concentración de huecos p, permitió obtener, relacionar y variar parámetros de las celdas solares CIGS que no se pueden obtener mediante primeros principios como eficiencia cuántica interna, curva de voltaje-corriente, factor de llenado, densidad de corriente de corto circuito, voltaje de circuito abierto, energía de defectos y radio de la sección de captura. El análisis de las curvas obtenidas, la variación de los parámetros del modelo y sus respectivas relaciones principales permitieron corroborar que las celdas solares CIGS, presentan altas eficiencias en comparación con las otras celdas de película delgada, independientemente de la tridimensionalidad del modelo simulado, sin embargo, se encontró que la eficiencia CIGS obtiene sus más altos valores para energías de defectos de 290meV por encima de la banda de valencia y para un área de sección de captura del orden de 10-15cm2, lo que aproxima la policristalinidad de la celda CIGS al caso monocristalino.