Análisis numérico para la simulación en dos dimensiones de células solares

Abstract

Con esta tesis doctoral se pretende contribuir al desarrollo de los modelos numéricos utilizados en la simulación de células solares, El diseño de nuevas estructuras de células solares de alta eficiencia implica el uso de técnicas de modelado que permitan no sólo analizar y estudiar por separado los diferentes efectos que puedan tener en las mismas, sino también, reducir el coste del desarrollo de nuevos diseños minimizando el número de iteraciones necesarias en el ciclo del prototipo de fabricación. A medida que la tecnología se ha hecho más refinada, se han ido demandando descripciones más exactas sobre el comportamiento de los dispositivos electrónicos en general y sobre las células solares en particular, e indudablemente se gana en exactitud si las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de dichos dispositivos se resuelven numéricamente. En esta tesis se ha abordado con éxito una reformulación de las ecuaciones clásicas que gobiernan el funcionamiento de los dispositivos semiconductores permitiendo un enfoque más próximo a su realidad física. Se ha propuesto un nuevo método de resolución sucesiva de dicho sistema de ecuaciones, obteniéndose un alto grado de desacoplo entre las variables facilitando así la convergencia de la solución. Además, en la reformulación propuesta, la ecuación de continuidad de la corriente se ha resuelto de forma novedosa como una ecuación de circuito. Paralelamente, y para completar al trabajo teórico y experimental en el estudio de las nuevas células solares con estructuras bidimensionales, se ha desarrollado el programa BIDIM2 en el que se han implementado tanto las nuevas ecuaciones propuestas como el nuevo método de resolución. Su ejecución en ordenadores personales es una alternativa a los programas existentes en el mercado los cuales pese a su potencialidad, o bien no sirven para realizar un análisis bidimensional como es el caso del PC1D o bien por su generalidad resultan engorrosos para el modelado de ciertos dispositivos y además se ejecutan sobre estaciones de trabajo como es el caso de MEDICI.