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22 de octubre de 2014

Actividad del Grupo

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 estándar 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.

Some selected papers:

"Transition Metal Substituted Indium Thiospinels as Novel Intermediate Band Materials: Prediction and Understanding of their Electronic Properties ", P. Palacios, I. Aguilera, K. Sánchez, J. C. Conesa, P. Wahnón, Phys. Rev. Letter (accepted) (2008).

"Synthesis and Spectral Properties of Nanocrystalline V-substituted In2S3, a Novel Material for More Efficient Use of Solar Radiation ", R. Lucena, I. Aguilera, P. Palacios, P. Wahnón, J. C. Conesa, Chem. Mat. (accepted) (2008).

"Thermodynamics of the Formation of Ti- and Cr- doped CuGaS2 Intermediate-band Photovoltaic Materials", P. Palacios, I. Aguilera, P. Wahnón, J.C. Conesa, J. Phys. Chem. C, 112 (25), 9525-9529 (2008).

"Optical properties of chalcopyrite-type intermediate transition metal band materials from first principles", I. Aguilera, P. Palacios, P. Wahnón, Thin Solid Films, 516, 7050-7059 , (2008).

"Ab-initio vibrational properties of transition metal chalcopyrite alloys determined as high-efficiency intermediate-band photovoltaic materials", P. Palacios, I. Aguilera, P. Wahnón, Thin Solid Films, 516, 7070-7074, (2008).

"Theoretical modelling of intermediate band solar cell materials based on metal-doped chalcopyrite compounds", P. Palacios, K. Sánchez, J.C. Conesa, J.J. Fernández, P. Wahnón, Thin Solid Films, 515, 6280-6284, (2007).

"Characterization by Ab-initio Calculations of Intermediate Band Material Based on Chalcopyrite Semiconductors Substituted with Several Transition Metals", P. Palacios, K. Sánchez, P. Wahnón and J.C. Conesa, Journal of Solar Energy Engineering, (129, 314-318, (2007)).