Practica 2 inge solar

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Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Ingeniería en Nanotecnología y Energías Renovables
Ingeniería Solar I
Dra. Harumi Moreno
Celdas Fotovoltaicas 
31 de octubre de 2017
Ana Gabriela Alvarez Contreras 
Introducción
Una celda solar es un dispositivo electrónico que convierte la energía luminosa, en energía eléctrica, es decir que absorbe los fotones de la luz para liberar electrones que puede usar en una corriente eléctrica. Están hechas por semiconductores uno tipo p y el otro tipo n. (Iluminet, 2016)
En la actualidad existen muchos métodos para la elaboración de las llamadas células fotovoltaicas, en este caso es utilizado el método de depósito por baño químico (CBD). Las ventajas con las que cuenta ese proceso son las siguientes: 
· Las temperaturas de crecimiento no superan los 100º C. 
· Permite el uso de sustratos como el vidrio 
· Se pueden introducir fácilmente agentes para impurificar
· Es un método simple, reproducible a gran escala y de bajo costo. (Lugo Loredo, 2014)
Existen dos tipos de configuración de celda, la configuración estrato en la cual se ilumina por la parte superior y la superestrato en el que se ilumina por la parte inferior, en este trabajo hablamos de una configuración superestrato. 
Materiales 
Vinyl color amarillo
Cinta de teflón 
Tasa de depósito
Multímetro
Grafito
Vidrio 
TCO 
	Reactivo
	Concentración 
	Volumen/Peso
	Bi(NO3)3
	.5 M
	10ml
	(CH2CH2OH)3N
	50%
	8 ml
	(NH2)2C5
	1 M
	8 ml
	H2O
	
	74ml
PbS
	Reactivo
	Concentración 
	Volumen/Peso
	Pb(NO3)2
	1M 
	5ml
	NaOH
	1M
	20 ml
	TU
	1M
	6 ml
	TEA
	1M
	4 ml
	H2O
	
	65ml
Desarrollo
· Primero se aclaró que se haría una configuración superestrato; por lo que se lavó el sustrato y el contacto frontal, posteriormente se verifico cual era el lado conductor en el que se iba a crecer el semiconductor (esto se verifico con un multímetro). A su vez también se lavó un sustrato para una celda testigo de bismuto.
· Hecho esto, se le coloco un vinyl color amarillo al contacto frontal para crear una pequeña diferencia de nivel al momento del crecimiento. 
 
· Se mezclaron los reactivos para la solución tipo n, posteriormente se depositaron los sustratos en la solución, con la cara conductora hacia afuera, para posteriormente colocarse en una tasa de depósito en la que la temperatura fue controlada, y se mantuvo alrededor de los 40ºC durante una hora con treinta minutos. 
· Ya que se observó el crecimiento del semiconductor tipo-n, se lavó, igual que durante el inicio con el cuidado de no contaminar el semiconductor. 
· Hecho esto se le coloco cinta de teflón al semiconductor, para posteriormente mezclar los reactivos necesarios para la solución tipo-p, ya hecha la solución, se depositaron los sustratos en la solución con la cara semiconductora hacia afuera.
· Ya hecho esto se colocó en la tasa de depósito en la cual se controló la temperatura la cual se mantuvo alrededor de los 40º C por una hora con veinte minutos. 
· Pasado dicho tiempo, se volvió a lavar en sustrato y ya casi para finalizar se le colocaron dos electrodos de grafito, de los cuales uno se cubrió con plata ya que la celda estaba lista. 
 
· Se le midió el voltaje de circuito abierto una semana después iluminándola primero con la lámpara de un teléfono móvil, midiendo cada uno de los electrodos. Se realizó lo mismo con la corriente en corto circuito. 
· Para demostrar que si solo se crece un semiconductor la celda no muestra voltaje o corriente también se midieron en las celdas testigos.
· Hecho esto y a mostrando que la celda si funciona, se realizaron las mismas mediciones esta vez pero con luz solar, siendo una configuración superestrato se ilumino por la parte de abajo y a pesar de la variabilidad existente en el clima de ese día, si mostraba resultados para voltaje y corriente. 
Resultados
	Voltaje
	Electrodo cubierto con plata
	7 mili volts
	Electrodo de grafito 
	7.8 mili volts
	Corriente
	Electrodo cubierto con plata
	62 mili Amper
	Electrodo de grafito 
	28.36 mili Amper
Para calcular la eficiencia de la celda utilizamos la siguiente formula:
De acuerdo con la formula anterior se observa que primero debemos calcular la densidad de corriente de la siguiente manera: 
Ya calculada la densidad de corriente, tomamos en cuenta que el voltaje de nuestra celda fue medido con una irradiancia igual a 1000 W/m2 lo cual es equivalente a 100 mW/cm2. Tomando este dato en cuenta se sustituyen los valores y la eficiencia de la celda queda de la siguiente manera: 
	Eficiencia 100mW/cm2
	Electrodo con plata
	2.2499%
	Electrodo de grafito 
	1.272%
A su vez debido al clima se tomaron otras medidas de voltaje y corriente con otro valor de irriadiancia, en ese caso la eficiencia queda de la siguiente manera, tomando como valor de irradiancia 119 W/m2. Para este caso lo primero que se debe realizar es una conversión de W/m2 a mW/cm2 quedando el valor como 11.9mW/cm2. 
	Eficiencia 11.9 mW/cm2
	Electrodo con plata
	.6%
	Electrodo de grafito
	.6%
Como se observa en la gráfica, la eficiencia que se obtiene también depende de la irradiancia solar que tengamos en el momento en el que estemos midiendo el voltaje y la corriente, debido a que en dos mediciones distintas tomando como referencia irradiancias muy distintas se observa que en la medición en la que se cuenta con una irradiancia mayor se obtiene una mayor eficiencia. 
Conclusiones 
De acuerdo a los resultados de los cálculos de la eficiencia se puede concluir que, a pesar de que se supone que recubriendo el electrodo de grafito con plata, la corriente en corto circuito y el voltaje de circuito abierto deberían aumentar, se puede notar que en el caso en el que contamos con una irradiancia de 1000 W/m2 el valor del voltaje disminuye, mientras el valor de la corriente aumenta considerablemente, aumentando la eficiencia obtenida que se muestra en la tabla; y en el caso en el que se tiene una irradiancia de 119 W/m2 se mantiene igual dándonos una eficiencia exactamente igual. 
El obtener como uno de los resultados un voltaje muy bajo, demuestra que en algún momento del proceso, la celda se contamino, se tiene como una incógnita en que momento teniendo presente que durante el proceso de crecimiento del semiconductor tipo-n la el sustrato se despegó del vidrio en donde se encontraba y que durante un momento de lavado se cayó. 
Como tercera conclusión, se tiene que para que una celda fotovoltaica funcione, se debe tener una unión p-n, debido a que como se demostró durante la medición de voltaje y corriente de las celdas testigos, las cuales no mostraron voltaje o corriente, a su vez se debe tomar en cuenta que el multímetro puede llegar a tener una error de hasta 1mV. 
Referencias
Iluminet. (2016, Octubre 25). Retrieved from Iluminet: http://www.iluminet.com/funcionamiento-paneles-fotovoltaicos-energia-solar/
Lugo Loredo, S. (2014, Agosto). Diseño de celdas solares de pelicula delgada . Diseño de celdas solares de pelicula delgada. Nuevo Leon: Universidad Autonoma de Nuevo Leon.
 
Eficiencias
Electrodo con plata	Eficiencia 100mW/m^2	Eficiencia 11.9mW/cm^2	2.2499000000000002E-2	6.0000000000000001E-3	Electrodo de grafito	Eficiencia 100mW/m^2	Eficiencia 11.9mW/cm^2	1.	272E-2	6.0000000000000001E-3