Informe LIFYCS Diciembre 2012

Informe Técnico del Primer Año de operación 2011-2012
Informe modificado con fecha 11 de Dic. 2012 de la versión Ago. 2012
Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de
Celdas Solares.
Solicitud No.123122, Modalidad: LA1
Durante el primer año se tenía como objetivo principal la creación y fortalecimiento de
infraestructura del Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y del Laboratorio de
Caracterización de Celdas Solares, así como la síntesis de materiales y heteroestructuras
consideradas en los diferentes tipos de celdas (actividad que se llevaría a cabo en los
primeros dos años). Las celdas consideradas en el proyecto de Laboratorio de Innovación
Fotovoltaica se agruparon en: celdas solares por depósito químico de compuestos
semiconductores IV-V-VI (sulfuros y selenuros de cobre, zinc, estaño, plomo, bismuto y
antimonio); celdas solares de polímeros conductores con semiconductores inorgánicos;
celdas solares basadas en nanotubos de carbono, óxidos metálicos y calcogenuros
semiconductores; celdas solares por la técnica de electrodepósito (CIGSS); celdas solares
basadas en CdTe y celdas tipo tándem.
Avances de las actividades contempladas
Se presenta el detalle de los logros del primer año en relación a las actividades
contempladas. Se avanzó también en la instalación y puesta en marcha de los equipos
adquiridos, capacitación del personal técnico e
innovación en metodologías de
caracterización. Entre los talleres de capacitación se encuentra el Taller-XRD impartido por
Dr. Akhilesh Tripathi Rigaku Americas Corporation, en Junio 2012 con la participación de
30 académicos y alumnos (www.cie.unam.mx/lifycs buscar Taller XRD).
I.
Licitación y adquisición de equipos
Respecto a la adquisición del equipo y su uso, se realizó una selección cuidadosa para
satisfacer el requerimiento de todos los participantes de diferentes instituciones y varios se
encuentran ya en uso.
II.
Levantamiento y conclusión de obra civil
Respecto al desarrollo del espacio físico para laboratorio, el avance ha sido lento pues está
en construcción un edificio de 460 m2 en tres pisos, una oficina, una sala de seminario y
siete laboratorios con todos los equipos adquirido por el proyecto. Se están gestionando los
recursos para concluir con este edifico. Algunos espacios del CIE se adecuaron para instalar
de manera temporal las máquinas y equipos adquiridos.
III.
Preparación y caracterización de conductores transparentes ZnO, ZnO:F, CdO, por
métodos de depósito químico, sol-gel y rocío pirolítico
Se consideraron como entregables en la primera etapa, la generación de conocimientos
científicos y tecnológicos sobre materiales y heterouniones (artículo, graduados, vigentes,
congresos, etc.). Los participantes presentaron avances, que se encuentran en
www.cie.unam.mx/lifycs. No se utilizaron equipos de LIFYCS ya que no están en proceso
de instalación.
IV.
Desarrollo de películas delgadas multicapa de sulfuros de estaño y cobre (SnS2 y
Cu2-xS) por depósito químico; formación de películas delgadas de compuestos
ternarios Cu2SnS3, Cu4SnS4, Cu2ZnSnS4, CuZnSnSe4; depósito de CdS por el método
galvanostático; depósito de Sn(S/Se) por combinación de técnicas químicas y
electroquímicas; películas delgadas de metales por método electroless
En el trabajo concerniente a las películas multicapa de calcogenuros obtenidas por depósito
químico, se tienen en proceso varias tesis de licenciatura y posgrado. Los avances fueron
reportados en congresos nacionales e internacionales y en las publicaciones. No se
utilizaron los equipos de LIFYCS ya que están en proceso de instalación. Los logros más
relevantes se comentan a continuación.
(i) Se observó que la estructura cristalina de las películas delgadas de SnS depende de la
temperatura del baño químico. Las películas depositadas a temperaturas mayores de 30 °C
presentan estructura cristalina ortorrómbica, SnS(OR), con brecha de energía de 1.1 - 1.47
eV con conductividad del orden de 10-8 a10-4 ohm-1 cm-1; las depositadas a temperaturas de
9 a 30 °C son polimórficas, SnS(Polim), con brechas de energía en el intervalo de 1.41 a
1.6 eV y conductividades de 10-7 a 10-4 ohm-1cm-1 conforme al aumento en la temperatura
del depósito. Consideramos que es un avance importante en el desarrollo de estructuras
fotovoltaicas con SnS donde se puede utilizar la variación de Eg de 1.7 eV de SnS (polim) a
1.1 eV de SnS(OR) para obtener mejores Voc y Jsc.
(ii) Se identificó la formación de Cu2ZnSnS4 (CZTS) en las multicapas de ZnS (300 oC, 30
min) + SnS(OR) (300ºC, 30min) + CuS horneadas a temperaturas 400 - 450 oC en
atmósfera de nitrógeno o argón. Así mismo, el horneado de las multicapas de películas
delgadas de Cu2SnS3 y Cu4SnS4 (desarrolladas como un paso intermediario hacia la
formación de CZTS) y ZnS en presencia de polvo de Sn y S a 460ºC durante 30 min, en
presión de argón 10 Torr, también resultó en la formación de CZTS. Los análisis de EDS
realizados recientemente, mostraron una composición atómica de 20.4% de Cu, 18.7% de
Sn, 9.03% de Zn y 52% de S en las muestras. Las películas obtenidas tienen coeficiente de
absorción mayor a 104 cm-1, Eg de transición directa de 1.3 - 1.5 eV y conductividad tipo p,
todas ellas características deseables para su aplicación como capa absorbedora en celdas
solares.
(iii) Se obtuvieron películas delgadas de SnSe por los métodos de depósito químico,
electroquímico, rocío pirolítico y evaporación al vacío del precipitado de SnSe colectado
del baño químico utilizado en la obtención de películas delgadas. Las películas mostraron la
estructura cristalina ortorrómbica con los parámetros de red cristalina de a, 1.11 - 1.17 nm;
b, 0.419 – 0.4313 nm; c, 0.4313 - 0.446 nm dependiendo del método de depósito, con
tamaños de granos de 14-16 nm en el caso de depósito químico, de 18 nm en las películas
electrodepositadas, y de 12 nm en las evaporadas. Son de conductividad tipo p del orden
10-2 - 10-5 (Ω cm)-1, con concentración de portadores de carga de 1.09 ×1018 cm−3,
movilidad de 7 cm2 V−1 s−1 y brecha de energía Eg (directa prohibida) de 1- 1.1 eV. Las
energías de activación fueron de 0.105 eV a temperatura ambiente y de 2.6 meV cerca 50
K. Estas son características buenas y son semejantes a la de los materiales que han ofrecido
buenos resultados en celdas solares. Para mostrar el efecto fotovoltaico se fabricó una
celda empleando las películas de SnSe como capa absorbedora y CdS como capa ventana,
en donde se obtuvo un Voc de 300 mV. En estructuras de CdS/SnS/SnSe se obtuvieron Voc
de 175 mV, Jsc de 0.9 mA/cm2, y eficiencia de conversión Ƞ de 0.043 con factor de llenado
de 0.28. Aun no se tienen resultados en la formación del compuesto ternario Cu-Sn-Se o
cuaternario de Zn-Cu-Sn-Se por depósito químico secuencial seguida por tratamientos
térmico de las multicapas de películas delgadas de ZnSe-Cu2-xSe-SnSe.
V.
Desarrollo de heteroestructuras basadas en politiofenos: CdS/P3OT, CdS/P3HT,
Bi2S3/P3OT. Estudios de mecanismos de transporte y recombinación mediante
mediciones de fotovoltaje y fotocorriente transitorios
Los estudios sobre mecanismos de transporte y recombinación de cargas en celdas solares
híbridas de sulfuro de cadmio (CdS) con poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) se realizaron a través
de las mediciones de las propiedades ópticas y eléctricas del polímero semiconductor
P3HT. Se ha encontrado la mejora en el desempeño fotovoltaico de las celdas solares
híbridas de CdS/P3HT por dos mecanismos: (1) una mayor movilidad de portadores de
carga en las películas de P3HT por medio de tratamientos térmicos, y (2) un mejor contacto
óhmico mediante el uso de capa de pintura de carbono encima de P3HT antes de poner el
metal (oro o aluminio). Estos trabajos se realizaron con celdas de CdS/P3HT en forma de
películas delgadas y fueron parte de la tesis de doctorado del estudiante participante Hugo
Cortina. Los resultados de estos trabajos fueron organizados en dos artículos de
investigación: uno enviado y otro en preparación para ser enviado en el mes de octubre de
2012.
Otra línea de investigación sobre celdas solares híbridas es estudiar el comportamiento
fotovoltaico de los mismos materiales pero en forma de celdas en bulto o en volumen. Es
decir, las dos fases CdS y P3HT están mezcladas para aumentar la interface entre ellas. Se
ha logrado preparar nanopartículas de CdS sobre fibras de acetato celulosa (AC) por
método de depósito por solución o baño químico. Las fibras cubiertas por CdS, llamadas
CdS(AC), fueron mezcladas con la solución de P3HT para formar una celda solar
nanoestructurada en tres dimensiones de mezcla de CdS(AC):P3HT. El trabajo fue
publicado en este año.
Por último, la heterounión de sulfuro de bismuto (Bi2S3) con poli(3-octiltiofeno) (P3OT)
fue estudiado en el año pasado y los resultados fueron recientemente publicados.
VI.
Preparación de complejos organometálicos y su aplicación como materiales
absorbedores en matrices inorgánicas (óxido de titanio) u orgánicas (politiofenos)
Con el recurso otorgado por el CONACyT, se compró un equipo Depósito de Capas
Atómicas ALD (por sus siglas en inglés) fue adquirido en el segundo semestre del año
2011. La instalación del mismo requirió un par de meses por la necesidad de tener medidas
exactas de salidas de tuberías para la colocación de líneas de diferentes gases (nitrógeno de
baja y mediana pureza, oxígeno de alta y ultra-alta pureza). Desde el mes de marzo de 2012
se hicieron las pruebas de depósito de óxido de aluminio a partir del compuesto
organometálico trimetil aluminio (TMA) y oxidantes como el gas ozono y el valor de agua
deionizada. El depósito se realizó también sobre diferentes sustratos: vidrio Corning, vidrio
conductor (con recubrimiento de óxido de estaño dopado con indio, ITO por sus siglas en
inglés), y las obleas de silicio cristalino. Se observó que las películas depositadas con el
oxidante de agua fueron de mejor homogeneidad que las depositadas con el ozono. Los
sustratos no tuvieron influencia significativa en el depósito de las películas de Al2O3. En la
figura 1 se muestra la relación del espesor de las películas de Al2O3 en función de número
de ciclos de pulsos de reactivo TMA y agua. Es decir, cada pulso genera en promedio 1.4 Å
de espesor del mencionado óxido. En la figura 2 muestran las curvas de índice de refracción
de las mismas muestras de Al2O3 depositadas desde 400 hasta 2000 ciclos.
1.83
Espesor (nm)
200
150
100
ALD @ T= 150 °C
50
Indice de refraccion, n
Espesor vs. Número de ciclo
250
1.80
1.77
Al2O3-400 2506
1.74
Al2O3-800 2506
1.71
Al2O3-1200 2506
1.68
Al2O3-2000 2506
Al2O3-1600c 2106
Al2O3-estandar
1.65
1.62
300
0
0
400
800
1200
1600
2000
Número de ciclo
Figura 1. Tasa de depósito de películas de Al2O3
400
500
600
700
800
Longitud de onda (nm)
Figura 2. Índice de refracción de las
películas de Al2O3 de diferentes ciclos
de depósito
Los resultados completos del depósito de Al2O3 fueron presentados en el International
Materials Research Congress (IMRC), celebrado en el mes de agosto del presente año en
Cancún, Quintana Roo, México, con agradecimiento al proyecto CONACyT No. 123122.
VII.
Desarrollo de películas y heterouniones componentes en celdas solares basadas en
óxidos y calcogenuros metálicos: TiO2 nanoestructuradas mediante procesos
hidrotérmicos; arreglos ordenados de nanotubos TiO2 por método electroquímico;
síntesis, caracterización y funcionalización de arreglos de CNTs depositados sobre
sustratos de acero inoxidable y cuarzo/Fe; generación de substratos
electroconductores transparentes mediante grabado
El objetivo general es la fabricación de nanomateriales 1-D para aplicaciones de
Nanoenergía, teniendo como hipótesis que las nanoestructuras 1D son mejores en
conversión fotovoltaica y almacenamiento de energía que sus contrapartes
nanoparticuladas, pues la geometría 1D impone direccionalidad a los portadores de carga e
incrementa la interfaz activa. Como metas para el primer año contemplaba: (1) arreglos
unidimensionales de TiO2 por los métodos electroquímico y solvotérmico; (2) estructuras
TiO2/Bi2S3, TiO2/CuxO, TiO2/PT; (3) establecimiento de una metodología confiable en la
determinación de propiedades interfaciales de manera localizada; (4) determinación de
propiedades morfológicas y optoelectrónicas pertinentes a conversión fotovoltaica; (5)
participación en congresos nacionales e internacionales de la Red CYTED de Nanoenergía
y del Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de Celdas Solares; (6)
Tesis de posgrado concluida: Germán Alvarado, y (7) Publicación de artículos y memorias
en extenso.
A través de la tesis de maestría de Oscar Jaramillo y del programa posdoctoral de Raman
Reshmi, se fabricaron y caracterizaron arreglos unidimensionales de TiO2 por los métodos
electroquímico y solvotérmico. Los arreglos elaborados fueron caracterizados morfológica
y optoelectrónicamente, y su tipo de conductividad y química superficial determinada de
manera indirecta por su respuesta amperométrica a moléculas de agua y etanol. Estos
trabajos fueron presentados en un congreso internacional y está en progreso la
sensibilización de estas matrices y su caracterización fotovoltaica. La optimización de las
estructuras SWCNT/TiO2, TiO2(1-D)/Bi2S3 y CNT/TiO2-Bi2S3 continuó con el desarrollo
de las tesis doctorales de Germán Alvarado, Mauricio Solís y Julio César Calva,
incorporándose el uso de las técnicas de caracterización por microscopía de Sonda Kelvin.
Los avances fueron presentados en un congreso nacional y 4 internacionales, siendo uno de
ellos el organizado por la red CYTED de Nanoenergía, coordinada por el Prof. Juan
Bisquert. A través del programa posdoctoral de Tonahtiuh Rendón, se inició en agosto la
síntesis de TiO2(1-D)/CuxO por los métodos solvotérmicos y de anodizado. Tres memorias
de congreso reflejan los avances logrados en el año en la incorporación de las técnicas de
mapeo para el estudio de los fenómenos locales, dos reportan el efecto de las variables de
síntesis en las propiedades superficiales de arreglos de TiO2 (1-D) obtenidos por la vía
solvotérmica y electroquímica, y hay una publicación internacional sobre nanomateriales
1D en fotoánodos transparentes. Así mismo, la tesis doctoral de Germán Alvarado concluyó
y se espera se gradúe al término del semestre.
Aunque se han hecho avances importantes y se tienen publicaciones y participaciones en
congresos, se han encontrado nuevos retos y complejidades a resolver. En particular, el
establecimiento de una metodología confiable en la determinación de propiedades
interfaciales de manera localizada, lo que presentó la oportunidad de vincularnos con otros
grupos de investigación del CIE (Grupo de Silicio Poroso) y con expertos de la técnica
(Prof. Mario Alpuche). El Dr. Zeus fue contratado como posdoctorante y su proyecto de
investigación está enfocado al estudio del Silicio Poroso utilizando el Microscopio
Electroquímico de Barrido y la Sonda Kelvin.
Como productos entregables del primer año se tienen: una publicación internacional, 5
memorias en extenso, nueve participaciones en congresos y una tesis de doctorado por
concluir.
VIII. Desarrollo de películas componentes y heterouniones semiconductoras
inorgánicas/orgánicas en celdas Graetzel: TiO2 nanoestructurado de alta
conductividad eléctrica; preparación y caracterización de celdas solares del tipo
Conductor Tranparente/TiO2 nanoestructurado/ Colorante de rutenio/
electrolito/Conductor transparente.
Se reportara avances en el próximo informe. Se encuentra en proceso de instalación el
equipo EDXS en el FESEM adquirido a través de fondos CONACYT.
XIX. Obtención de CuInSe2 y CdS por métodos físicos y químicos; preparación por
electrodepósito y tratamiento térmico de materiales absorbedores Cu(Ga,In)Se2
(CGIS) Adaptación del sistema de Sputtering para el depósito de las películas de Mo
sobre substratos de vidrio soda-lima, que será utilizadas como sustratos. Puesta en
marcha el equipo de selenización, con el cual se podrá realizar la recristalización del
compuesto de CGIS.
Se encuentra en la etapa de instalación el equipo de Sputtering (rf) adquirido a través
de fondos CONACYT. Está en proceso de optimización la condición de deposito de
películas delgadas de ZnO, Zn:Al, y Mo, y la adaptación del sistema para el deposito
de nitruro de metales.
X.
Desarrollo de la heteroestructura CdTe/CdS sobre sustratos flexibles y de materiales
de brecha ancha para aplicaciones en celda tipo tándem.
La plata piloto de producción en un área de piso de 170 metros cuadrados de
prototipo de módulos de CdS/CdTe de 10 cm x 10 cm se integra a la planta baja del
edificio de laboratorio-LIFYCS. Se espera incluir los avances en el siguiente informe.
XI.
Implementación de metodología de caracterización de sistemas fotovoltaicos.
Un sistema de caracterización de módulos fotovoltaico de área hasta 2 m x 2 m se
encuentra en proceso de instalación. Se realizara la caracterización de modulo
comercial según norma internacional. Se incluyera el avance en el próximo informe.
XII. Caracterización de celdas solares y sistemas FV comerciales.
Se encuentra en proceso de instalación equipo de caracterización de corriente-voltaje
y eficiencia cuántica de celdas solares experimentales. Para la caracterización de
sistemas FV comerciales en situ, se adquirió un sistema de medición I-V que esta en
uso. Se adquirió 3 inversores de 4 kW c/u por fondos CONACYT para la
interconexión a la red eléctrica módulos FV de 9.4 kW adquirido por otro proyecto
para suministrar aprox. de 30% (50 kWh) de consumo eléctrico de LIFYCS – que
será de 150 kWh diaria.
XIII. Congresos nacionales e internacionales.
Durante la primera etapa no se consideró la organización de congresos nacionales e
internacionales en el marco del proyecto LIFYCS. En su lugar se organizaron Talleres que
cumplieron con los objetivos de vinculación, planeación y difusión de las actividades de
investigación de los diferentes grupos participantes.
XIV. Talleres y reuniones de trabajo.
Se organizaron dos talleres de investigación: I Taller de Innovación Fotovoltaica y Celdas
Solares de 8-10 de marzo 2011, con la participación de 160 académicos y alumnos
(www.cie.unam.mx/lifycs/ITaller); II Taller de Innovación Fotovoltaica y Celdas Solares,
de 14-16 de noviembre de 2011 con la participación de 120 académicos y alumnos. En la
organización de los talleres se contó con financiamiento de la Red de Fuentes de Energía de
CONACYT, por $120,000.00MN.
Otras actividades realizadas fueron el diseñó del logotipo de LIFYCS, la integración de la
página electrónica www.cie.unam.mx/lifycs y de la base de datos de académicos y
estudiantes que servirán para hacer más eficiente la vinculación entre grupos.
Productos de la primera etapa
I.Publicaciones
Publicados
1.
Hugo Cortina, Claudia Martínez-Alonso, Mónica Castillo-Ortega, Hailin Hu*,
“Cellulose acetate fibers covered by CdS nanoparticles for hybrid solar cell
applications”, Materials Science and Engineerging B 177 (2012) 1491- 1496.
2.
Edwin Pineda, Ma.Elena Nicho, P.K.Nair, Hailin Hu*, “Optoelectronic properties
of chemically deposited Bi2S3 thin films and the photovoltaic performance of
Bi2S3/P3OT solar cells”, Solar Energy 86 (2012) 1017- 1022.
3.
M.E. Nicho, C.H. García-Escobar, D. Hernández-Martínez, I. Linzaga-Elizalde, G.
Cadenas-Pliego, "Microwave-assisted synthesis of poly(3-hexylthiophene) via
direct oxidation with FeCl3", Materials Science and Engineering B 177 (2012)
1441-1445.
4.
Germán Alvarado Tenorio, Marina E. Rincon, Julio Calva-Yañez, Mauricio Solis de
la Fuente. “Transparent TiO2 Photoanodes based on Single Walled Carbon
Nanotubes”. ECS Journal of Solid State Science and Technology 2012, Volume. 1,
Issue 3, Pages Q39-Q43. doi: 10.1149/2.004203jss. ISSN: 2162-8777 (Online),
ISSN: 2162-8769 (Print)
5.
O. A. Jaramillo-Quintero, R. Raman, M. E. Rincón, "Effect of the Nucleation Layer
on TiO2 Nanoflowers Growth via Solvothermal Synthesis”, MRS Symposium
Proceedings: SYMPOSIUM 1C “Nanostructured Materials and Nanotechnology”IMRC 2012. ISSN (Online): 1946-4274.
6.
R. Raman, O.A. Jaramilo-Quintero, M. E. Rincón, "Effect of Anodization Time in
the Properties of TiO2 Nanotube Humidity Sensors” ", MRS Symposium
Proceedings: SYMPOSIUM 1C “Nanostructured Materials and Nanotechnology”IMRC 2012. ISSN (Online): 1946-4274.
7.
G. Alvarado-Tenorio, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, J.C. Calva Yáñez,
“Electrodos transparentes de SWCNT-TiO2: efecto de la fracción metálica y
semiconductora del nanotubo de carbono”. Memoria del XXVII Congreso de la
Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section of the
Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-9
8.
J.C. Calva Yañez, M. Rincón, M. Solís de la Fuente, G. Alvarado Tenorio,
“Determinación de la función de trabajo de nanotubos de carbono funcionalizados
con titania y sensibilizados con sulfuro de bismuto”. Memoria del XXVII Congreso
de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican Section
of the Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-9
9.
M. Solís de la Fuente, M. E. Rincón, G. Alvarado Tenorio, J. Calva Yáñez, “Efecto
de la temperatura y tiempo de depósito del sulfuro de bismuto en el desempeño
toelectroquímico de arreglos de nanotubos de titania”. Memoria del XXVII
Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the Mexican
Section of the Electrochemical Society, Junio del 2012. ISBN 978-607-95871-0-90
Enviados
1. H. J. Cortina-Marrero, C. Martínez-Alonso, L. Hechavarría-Difur, H. Hu,
“Photovoltaic performance improvement in planar P3HT/CdS solar cells induced by
structural, optical and electrical property modification in thermal annealed P3HT
thin films”
En preparación
1. Hugo Cortina, P. K. Nair, Hailin Hu, “Carbon Paint as a block and buffer layer
between metal contact and poly (3-hexylthiophene) thin films in hybrid solar cells”
II.Formación de recursos humanos
Licenciatura
1. Gómez Romero, Sandra Yesenia (2011). "Desarrollo de películas delgadas de bicapas
de CdS para aplicación en celdas solares", Licenciatura, Universidad Politécnica del
Golfo de México. Asesor: Rose Mathews, N.
2. Guerrero Hernández, Alejandro y Ramírez Mora, José Alejandro (2012). "Sistema de
control y monitoreo de un sistema fotovoltaico", Licenciatura, Instituto Tecnológico de
la Costa Grande. Asesor: Sebastian Pathiyamattom, J.
3. Teja, José Luis (2011). "Caracterización de celdas solares", Licenciatura, Instituto
Tecnológico de Zacatepec. Asesor: Padmanabhan Pankajakshy, K. N.
4. Velázquez Martínez, Sergio (2012). "Desarrollo de celdas solares de TiO2
sensibilizadas con colorantes", Licenciatura, Instituto Tecnológico de Zacatepec.
Asesor: Esteban Jiménez, A. E.
Maestría
1. Angeles Ordoñez, Gonzalo (2012). "Deposición y caracterización de películas de CdS
por la técnica de CSS para aplicaciones de celdas solares", Maestría, Posgrado en
Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X.
2. Colín García, Christian (2012). "Estudio del efecto de trampas sobre la eficiencia de la
celda solar de CdTe, mediante la técnica PICTS", Maestría, Posgrado en Ingeniería
(Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X.
3. García Angelmo, Ana Rosa (2011). "Investigaciones de las características fotovoltaicas
de heterouniónes de películas delgadas de sulfuros de estaño con capas ventana de
diferentes calcogenuros", Maestría, Energía, Posgrado en Ingeniería, Universidad
Nacional Autónoma de México. Asesor: Maileppallil Thankamma, S. N.
4. Santos Magdaleno, Santos de la Luz (2012). "Evaluación del desempeño energético de
sistemas fotovoltaicos basados en películas delgadas (Silicio Amorfo y Telurio de
Cadmio)", Maestría, Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional
Autónoma de México. Asesor: Sánchez Juárez, A.
5. Sayago Hoyos, Jonathan Javier (2011). "Evaluación de parámetros de celdas solares
por depósito químico", Maestría. Energía, Posgrado en Ingeniería, Universidad
Nacional Autónoma de México. Asesor: Mailepallil Thankhama, S. N.
6. Carmen Heneff García Escobar (2011). “Síntesis química de poli(3-hexiltiofeno)
asistida por microondas y su caracterización fisicoquímica”. Maestría. Posgrado en
Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad Autónoma del Estado de Morelos.
Doctorado
1. Becerra García, David (2012). "Heterouniones fotovoltaicas de silicio cristalino
formadas con películas delgadas de compuestos semiconductores", Doctorado,
Posgrado en Ingeniería (Energía), Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor:
Padmanabhan Pankajakshy, K. N.
2. Moreno García, Harumi (2011). "Celdas solares de películas delgadas de sulfuros de
bismuto y de plomo por depósito químico", Doctorado. Energía, Posgrado en
Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Padmanabhan
Pankajakshy, K. N.
3. Ramírez Morales, Erik (2011). "Desarrollo de películas delgadas nanoestructurado de
dióxido de titanio y su modificación con metales nobles para aplicaciones en celdas
fotoelectroquímica", Doctorado, Otros Posgrados, UNAM. Asesor: Mathew, X.
4. Sarracino Martínez, Omar (2011). "Desarrollo de celdas solares superiores
CdMgTe/CdS para su aplicación en celda solar tipo Tandem", Doctorado, Otros
Posgrados, Universidad Nacional Autónoma de México. Asesor: Mathew, X
En proceso2012
1. Eulises Regalado Pérez. Tesis de Licenciatura (CIE-UNAM). “Optimización de
procesos de cloración en celda solar de CdTe/CdS”.
2. Geovanni Vázquez García. Tesis de Licenciatura (Instituto Tecnológico de Zacatepec).
“Celdas solares de sulfuro de antimonio por evaporación térmica en vacío”.
3. Cesar Eduardo Sámano Trujillo. Tesis de Licenciatura (Universidad Politécnica de
Morelos). “Manejo de residuos en el depósito químico de CdS, PbS y Bi2S3 para celdas
solares”.
4. Thania Mariana López García. Tesis de Licenciatura (Universidad Politécnica de
Morelos). “Residuos químicos en el depósito químico de películas delgadas de CdS
para celdas solares”.
5. Jonathan Moran Valle. Tesis de Licenciatura (Universidad Intercultural del Estado de
Guerrero). “Sistemas Fotovoltaicos aplicados al bombeo de agua”
6. Juan Espíndola Maldonado. Tesis de Licenciatura (Universidad Intercultural del Estado
de Guerrero). “Sistemas Fotovoltaicos rurales autosustentados”.
7. Marco Antonio Bruno Guerrero. Tesis de Licenciatura. Universidad Intercultural del
Estado de Guerrero). “Sistemas fotovoltaicos domésticos interconectados a la red”.
8. Jorge Alberto Tenorio Hernández. Tesis de Maestría. Posgrado en Ingeniería (CIEUNAM). “Diseño de un Sistema Fotovoltaico Interconectado a la Red para el
Suministro de Energía Eléctrica a un Sistema de Bombeo”.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Carlos Alonso Meza Avendaño. Tesis de Maestría. Posgrado de la Universidad
Politécnica de Chiapas. “Desarrollo de películas de Cu2ZnSnS4 por el método de
electrodepósito”.
Tenoch Sánchez González. Tesis de Maestría. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Caracterización de las propiedades ópticas y optoelectrónicas de las películas de
Cu2ZnSnS4”.
Alan Ismael Palacios Lagunas. Tesis de Maestría. Posgrado de UP de Chiapas.
“Desarrollo de películas de CZTS”.
Isaac Montoya de los Santos. Tesis de Maestría. Posgrado de UP Chiapas. “Síntesis de
nanopartículas de CZTS”.
Enue Barrios Salgado. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Celdas solares de películas delgadas de selenuros de metales por depósito químico”.
Dalia Alejandra Mazón Montijo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIEUNAM). “Películas delgadas semiconductoras por depósito químico”.
Maricela Rebeca Aragón Silva. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIEUNAM). “Desarrollo de Películas delgadas de sulfoestañatos de metales para
aplicaciones en celdas solares”.
Ana Rosa García Angelmo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Celdas solares de heterouniones de películas delgadas de sulfuros de estaño”.
Christian Colín García. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Celdas solares de CZTS”.
Gonzalo Ángeles Ordóñez. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Celdas solares de CdTe”.
Julio Cesar Rosas Porcayo. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIEUNAM). Aspectos técnicos en el acoplamiento de sistemas fotovoltaicos conectados
a la red eléctrica convencional
Dalia Martínez. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM). “Películas
delgadas semiconductoras basadas en el enlace Sn-Se preparadas por depósito por
vapor químico asistido con plasma para aplicaciones fotovoltaicas”.
Germán Alvarado Tenorio. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Generación de substratos electroconductores por métodos químicos y físicos”.
Julio César Calva. Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Nanotubos de carbono funcionalizados con TiO2 y sensibilizados con calcogenuros
semiconductores, como alternativa en la fabricación de celdas solares tipo Gratzel”.
Mauricio Solís de la Fuente Tesis de Doctorado. Posgrado en Ingeniería (CIE-UNAM).
“Celda solar de tercera generación basada en la heterounión óxido de titanio/sulfuro de
bismuto”
Posdoctorantes
1. Mou Pal. CIE-UNAM. “Desarrollo de tintes para aplicaciones en celdas solares”.
2. Arturo Martínez Ayala. CIE-UNAM. “Desarrollo de películas y celdas”.
3. Manuela Calixto Rodríguez. CIE-UNAM. “Celdas solares y módulos fotovoltaicos de
Sb2S-Se3”.
4. Harumi Moreno García. CIE-UNAM. “Celdas solares de compuestos semiconductores
de elementos IV-V-VI”.
5. José Escorcia García. CIE-UNAM. “Celdas solares de sulfuro de antimonio por
evaporación térmica en vacío”.
Estancias de investigación de verano
1. David Israel Correa Santillan. Universidad de la Ciénaga del Estado de Michoacán
de Ocampo. (Programa Delfín).
2. Javier Chávez Manzo. Universidad de la Ciénaga del Estado de Michoacán de
Ocampo. (Programa Delfín).
3. Diana Judith Rivera Barragán, Unidad Académica de Ciencias Quimico Biologicas
y Farmacéuticas de la Universidad Autónoma de Nayarit (Programa Delfin).
“Películas delgadas de PbS y PbSb2S4 por depósito químico para aplicaciones
fotovoltaicas”
4. Juan Pablo Tapia Olarra. Instituto Tecnológico de Morelia ( Programa Delfín).
5. Juán Carlos Flores Nicolás. Universidad Autónoma de Guerrero. (Programa Delfín).
“Síntesis de polímeros para su uso en celdas fotovoltaicas”
6. David Antonio Buentello Montoya. Instituto Tecnológico Superior de Cajeme.
(Programa Delfín). “Síntesis de polímeros para su uso en celdas fotovoltaicas”
7. Laura Vélez Landa. Universidad Politécnica de Guerrero. “Síntesis del P3OT con
NPs de CdS”
8. Jorge Luis Toledo Bahena. Universidad Politécnica de Guerrero. “Síntesis del P3OT
con NPs de CdS”
9. Raúl López Meráz. Universidad Veracruzana (Maestría en Ingeniería Energética).
“Comportamiento térmico de celdas solares en sistemas interconectados a la red”.
III.Trabajos en Congresos
1.
International Materials Research Congress (IMRC), “Deposition of Al2O3 thin film by
Atomic Layer Deposition with different substrates”. Erik R. Morales, Marco
T.Aguilar-Gama, Rogelio Morán Elvira, Hailin Zhao Hu. Cancún, Quintana Roo,
México. 12-16 de agosto de 2012
2.
International Materials Research Congress (IMRC) “Characterization of Aluminum
Oxide Thin Films by ALD with O3 and Water as Oxidant”. Marco T Aguilar-Gama,
Erik R. Morales, Rogelio Moran Elvira, Hailin Zhao Hu. Cancún, Quintana Roo,
México. 12-16 de agosto de 2012
3.
Conferencia Internacional Nanoenergía (CINano12), “Materiales unidimensionales de
baja toxicidad para aplicaciones fotovoltaicas”. M.E. Rincón, M. Solís de la Fuente, J.
C. Calva Yáñez, G. Alvarado Tenorio. Cartagena de Indias, Colombia, September 1112, 2012. Conferencia Invitada.
4.
63rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry. “Bi2S3 quantum
dots-sensitized TiO2 nanotube arrays: effect of deposition time in photoconversion
efficiency”. M. Solis de la Fuente, M.E. Rincón. Prague, Czech Republic. 19-24
August, 2012. Poster.
5.
XXI International Materials Research Congress, Symposium 1C: Nanostructured
Materials and Nanotechnology. “Effect of the Nucleation Layer on the Growth of TiO2
Nanoflowers via Solvothermal Synthesis”. Oscar A. Jaramillo Quintero, Reshmi
Raman, Marina E. Rincón. Cancun, México, August 12-17, 2012. Ponencia.
6.
XXI International Materials Research Congress, Symposium 1C: Nanostructured
Materials and Nanotechnology. “The Effect of Anodization Time on the Properties of
TiO2 Nanotube Humidity Sensors”. Reshmi Raman, Oscar A. Jaramillo Quintero,
Marina E. Rincón. Cancun, México, August 12-17, 2012. Ponencia.
7.
CIMTEC 2012: 4th INTERNATIONAL CONFERENCE “SMART MATERIALS,
STRUCTURES AND SYSTEMS”. Bi2S3 nanoparticles supported on CNT-TiO2
matrices for photovoltaic applications: a comparative study of preparation methods. M.
E. Rincón, J. C. Calva, M. Solís. Montecatini Terme, Tuscany, Italy, June 10-14, 2012.
Ponencia
8.
E-MRS 2012 Spring Meeting. Symposium R: Science and technology of nanotubes,
graphene and 2D layered materials. Comparison of Metallic and Semiconductor Single
Walled Carbon Nanotubes based TiO2 Electrodes for Hybrid Solar Cells. G. AlvaradoTenorio, M.E. Rincón. Strasbourg, France, May 14-18, 2012. Poster.
9.
XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the
Mexican Section of the Electrochemical Society, “Determinación de la función de
trabajo de nanotubos de carbono funcionalizados con titania y sensibilizados con
sulfuro de bismuto”. J.C. Calva Yáñez, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, G.
Alvarado Tenorio. Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Ponencia.
10. XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the
Mexican Section of the Electrochemical Society, “Efecto de la temperatura y tiempo de
depósito del sulfuro de bismuto en el desempeño toelectroquímico de arreglos de
nanotubos de titania”. M. Solís de la Fuente, M. E. Rincón, G. Alvarado Tenorio, J.
Calva Yáñez. Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Ponencia.
11. XXVII Congreso de la Sociedad Mexicana de Electroquímica y 5th Meeting of the
Mexican Section of the Electrochemical Society, “Electrodos transparentes de
SWCNT-TiO2: efecto de la fracción metálica y semiconductora del nanotubo de
carbono”. G. Alvarado-Tenorio, M. E Rincón, M. Solís de la Fuente, J.C. Calva Yáñez.
Toluca, Estado de México, 11-15 de junio, 2012. Poster.
Informe Financiero del Primer Año
Laboratorio de Innovación Fotovoltaica y Caracterización de Celdas Solares.
Proyecto No.123122, Modalidad: LA1, CONACYT
A. Desgloce de los recursos aportados por CONACYT
Equipo/Estado
Uso
ALD-Cambridge
Nanotech, EUAInstalado y
actualmente en uso
por académicos y
alumnos
Equipo de vacío
Sputteringevaporación térmica
– MVS – CO,EUA;
actualmente en uso
por académicos y
alumnos
Capa fina de 5-50 nm en
espesor de semiconductores y
metales por reacción en vapor
química para el mejoramiento
de celdas solares
Equipos de UPS
(2)para protección
de equipo, aireacondicionadores
(1), mesa de
trabajo(1) para los
equipos
Permite el deposito de
películas delgadas de dos
metales y semiconductores
simultanea por sputtering de
blancos de 7.5 cm en diámetro
y aparte puede realizar
evaporación térmica de
metales y semiconductores en
polvo con uniformidad sobre
substratos 10 cmx10 cm para
celdas solares
Dado la variación en voltaje de
la línea y la interrupción y para
asegurar condiciones
adecuada para el trabajo se
adquirieron estos equipos
Costo
Fecha de
pago
($158,730 usd)
23 Junio
$1,911,458.36MN 2011
($184,574 usd)
24 Mayo
$2,346,709.64MN 2012finiquito
$84,619.86MN
Equipo/estado
Uso
costo
actual
XRD
con Análisis de estructura cristalina ($242,000.00us
aditamento-Marca
de material en polvo, película d)
29 Febrero
2012 (ultimo
pago)
Fecha
20
2011
Mayo
Rigaku Ultima IV;
instalado y en uso
por investigadores y
alumnos
Microscopio
electroquímico de
barrido – Scanning
Kelvin Probe MEQBSKP – Advance
Measurement
Technology; equipo
instalado y en uso
por académicos y
alumnos
Equipo de eficiencia
cuántica
y
característica I-V de
celdas solares –
ScienceTech
Canada;
equipo
recibido al CIE – en
proceso
de
instalación
Simulador solar de 2
m x 2m de campo
de
medición
–
ScienceTech
Canada;
equipo
recibido al CIE – en
proceso
de
instalación
Microscopio
electrónico
de
barrido
SEM–
Hitachi
Canada;
equipo en uso por
académicos
y
alumnos
Equipo
ICP-AESHoriba Jobin-YVON;
equipo instalado y
en
proceso
de
calibración
delgada,
multicapas,
nano
estructuras,
cambio
de
materiales con temperatura
para el desarrollo de nuevos
materiales para celdas solares
Mapeo de potencial superficial
de metales y semiconductores,
medición de función de trabajo
de nuevos materiales para
celdas solares
$2,841,420.46
($149,429.00us
d)
$1,768,088.14M
N
08 Junio 2011
Característica I-V de celdas ($78,170.00usd)
solares en área de hasta 10 cm x $925,094.17MN
10 cm; medición de eficiencia
cuántica
de
las
celdas;
monitoreo de variación de
características con temperatura
y intensidad bajo simulador
solar
08 Junio 2011
Medición de parámetros de ($59,880.00usd)
módulos de celdas solares según $708,723.47MN
normas internacionales; facilita
la medición simultanea de 2
módulos de hasta 95 cm x 195
cm y procesamiento de datos.
08 Junio 2011
Para medición EBIC de celdas
solares y composición química
de
materiales
y
celdas;
imágenes de resolución de hasta
5 nm.
($159,795.00dlls 27 Junio 2011
CAN)
$1,966,945.06M
N
Análisis de composición química
de
compuestos
semiconductores
para
el
desarrollo de nuevos materiales
y celdas solares
($110,250.00us
d)
$1,337,684.27M
N
10
Agosto
2011
EDX-Imagen de alta
resolución
para
FESEM – Hitachi –
Canada; en espera
de entrega al CIE
Espectrofotómetro
UV-VIS-IR (1100nm)
– Shimadzu; equipo
instalado y en uso
por académicos y
alumnos
Equipo
de
característica I-V ensitu de módulos
fotovoltaicos
–
Solmetric
Corp.;
instalado y en uso
Equipos UPS (3) –
Marca
EATON;
instalados y en uso
con los equipos
principales
Para análisis elemental de
celdas solares de materiales
nano-estructurados y desarrollo
de celdas solares hibridas,
poliméricos, y de tintes
Medición de transmitancia y
reflectancia de materiales y
celdas solares; evaluación de
brecha de energía y limite
máximo de corriente de corto
circuito de celdas solares
Evaluación
de
módulos
fotovoltaico en el sitio de
operación para monitoreo real
de
su
características
y
parámetros.
Para la regulación y respaldo $281,750.25MN
para interrupción de potencia
eléctrica a los equipos XRD y
ICP-AES
25 Abril 2012
último pago
Equipo
Pantalla TV 52”
marca
SONY;
instalado y en uso
uso
Para Talleres de mayor de 120
participantes
en
espacio
adicional en el Lobby del CIE;
para sesiones paralelas con el
auditorio CIE; utilizado en
Talleres LIFYCS-I y II
Instalado en la sala de
Seminario y en uso cada día
para reuniones de trabajo por
diferentes grupos
Para abatir la carga adicional
ocasionado por los equipos
adquiridos en LIFYCS
costo
$27,299.00MN
fecha
25 Febrero
2011
$45,750.40MN
18
Agosto
2011
$163,498.14MN
27 Febrero
2012
Pantalla TV 70”-LCDSHARP; instalado y
en uso en reuniones
Sistema
de
inversores
para
interconexión de 9
kW de módulos
fotovoltaicos a la
red eléctrica CIE; en
proceso
de
instalación
($122,575.00dlls 24
)
2012
$1,704,705.40M
N
Mayo
$165,578.40MN
06
2012
Marzo
($3,113.00usd)
$40,123.34MN
20 Sept. 2011
Totales
Descripción de concepto
Equipo- Desarrollo de Materiales y Celdas Solares
cantidad
$4,342,787.86MN
Equipo- Caracterización de materiales y celdas $11,740,112.96MN
solares
Equipo-general, apoyo a reuniones
Total ejercido
Saldo a ejercer (fecha 28 agosto 2012)
$236,547.54MN
$16,319,448.36MN
$131,551.64MN
B. Desglose de los recursos aportados por la UNAM
Descripción de concepto
cantidad
Construcción de edificio con área de laboratorios $6, 500,000.00MN
de 460 metros cuadrado de área
Muebles e instalaciones de los laboratorios
$2, 000,000.00
Total ejercido
Saldo a ejercer
$8,500,000.00MN
$8,000,000.00MN aprox.
Auto evaluación del proyecto
La primera etapa estaba muy comprometida con la construcción de laboratorios, selección y
adquisición de equipo, y se espera finalizar en junio del 2013. El equipo adquirido implicó
la capacitación de alumnos, técnicos e investigadores y aún no termina. Se han
contemplado diferentes estrategias para poder atender a los usuarios, desde la contratación
de postdoctorantes con programas de trabajo abocados a las máquinas, como un sistema de
reservación en la página electrónica LIFYCS seguido por la estancia de investigación
correspondiente.
Se cumplieron las metas de difusión y vinculación, la página www.cie.unam.mx/lifycs está
en uso con archivos de presentación de trabajos y tutorías relevantes a los temas abordados
por el LIFYCS – Taller I y II. La organización de los grupos participantes en grupos
temáticos (ver la página) permitirá abordar de mejor manera los temas específicos y
desarrollar trabajos conjuntos una vez empieza el funcionamiento de LIFYCS en su edificio
propio en Agosto de 2013.
Los avances en la investigación han sido satisfactorios y la productividad razonable.
Muchos de estos trabajos se han enriquecido de la crítica recibida en los Talleres
organizados y de la infraestructura adquirida. Algunos grupos participantes han utilizado la
infraestructura del LIFYCS en sus proyectos de investigación sometidos a varias
convocatorias con muy buenos resultados.
Por todo lo anterior, se considera que el avance del proyecto es según las metas planteadas
y plan de acciones propuesta en el Proyecto – LIFYCS. Sin duda, se está fomentando la
investigación, innovación y desarrollo de celdas solares a través de la participación de
grupos nacionales establecidos y en proceso de formación o consolidación.
Dr. Karunakaran Nair Padmanabhan Pankajakshy, CIE-UNAM
Responsable Técnico, Proyecto 123122 – LIFYCS
19 de noviembre de 2012
Temixco, Morelos