Estudio de celdas solares de Ge para aplicaciones termofotovoltaicas

Abstract

Un sistema termofotovoltaico consta de tres partes distintas: una fuente de calor, la cual puede ser una llama o un emisor selectivo, un filtro de infrarrojo y una celda fotovoltaica. Debido a las características de su band gap, el Ge es un material apropiado para su utilización como celda termofotovoltaica en este tipo de sistemas, motivo por el cual fue elegido para su estudio en este trabajo. Se consideraron entonces homojunturas de Ge con ventana pasivante, para lo que primeramente se consideró InGaP y luego GaAs. Se simuló numéricamente el dispositivo con el código D-AMPS-1D, obteniéndose los parámetros eléctricos, la eficiencia cuántica externa y la reflectividad óptica espectral. Como fuente de iluminación se consideró el espectro generado por un emisor con manto incandescente de Er2O3 y el espectro AM1.5g con fines comparativos. Finalmente se calcularon los parámetros eléctricos para la homojuntura de Ge con ventana de GaAs a 50°C, temperatura típica de operación de los sistemas termofotovoltaicos.

A thermal-photovoltaic system contains three different components: a source of heath that could be a black body or a selective emitter, and infrared filter and a solar cell. The low band gap of Ge makes this material suitable for thermal- photovoltaic applications. In this contribution Ge based homo-junction solar cells with passivating windows of InGaP and GaAs were analyzed. The different structures were modeled with the computer code D-AMPS-1D to obtain the external quantum efficiency, the optical reflectivity adopting as inputs electrical parameters collected from the available literature. The light source corresponds to the ones generated by an emitter covered with a layer of incandescent Er2O3. The response to the AM1.5g spectrum was also studied for comparison purposes. Finally the electrical parameters that correspond to a Ge homo-junction with a GaAs window operating at 50°C, the typical working temperature of thermal-photovoltaic systems, were evaluated.