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Desarrollo de celdas solares de heterounión c-Si / a-Si:H


This work is focused on the design, manufacture and characterization of pin and nip heterojunction solar cells. These solar cells were made on crystalline silicon with depositions of intrinsic and doped hydrogenated amorphous silicon thin films, at low temperatures (< 200 ºC) by means of the Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) Technique.

Nip solar cells were made on p-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and n-type hydrogenated amorphous silicon thin film. A layer of Oxide Tin Film was deposited as a transparent conductive oxide (TCO). The metal contacts were formed by aluminum evaporation. Pin solar cells were made on n-type crystalline silicon with an intrinsic buffer layer and p-type hydrogenated amorphous silicon thin film. The characterization was carried out by obtaining the current - voltage curves under illumination using a lamp with a known irradiance. In this way, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc) and efficiency were obtained.

Also, an analysis about the effect of varying the flow rates of phosphine and diborane in the deposition of the amorphous films (n and p type, respectively) was performed, aiming to study their influence in the characteristics of the performance of the solar cells. It has found that the best efficiency was achieved with the deposition of an a-Si:H thin film doped with diborane with flow of 10 sccm. It was found that the main limiting factor in the efficiency of the cells was a high resistance due to the non ohmic metal-semiconductor contacts. Several techniques were used to reduce the series resistance in the cells and therefore increase the fill factor and the efficiency. However, that was not achieved in a satisfactory way.

Moreover, a simulation study was performed in the cells, varying the resistance value of the back metal-semiconductor contact. It was found that a resistance value of above 10 - 20 Ωcm2 results in a fill factor very small and consequently in a very low efficiency of the solar cells. Finally, we can conclude that the developed process in the present thesis, has the potential to fabricate cells with better characteristics and larger efficiencies, once that the large series resistance has been reduced.

En el presente trabajo se realizó la fabricación y caracterización de celdas solares de hetero unión nip y pin. Las cuales fueron fabricadas sobre sustratos de silicio cristalino, donde posteriormente se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado, a bajas temperaturas (≤ 200ºC) por medio de la técnica de Depósito Químico en Fase Vapor Asistido por Plasma (PECVD).

Para la fabricación de celdas nip se utilizaron sustratos de silicio cristalino tipo p, sobre el cual se depositó una película delgada de a-Si:H intrínseco y, posteriormente, una película delgada de silicio amorfo hidrogenado dopado con fósforo, es decir a-Si:H tipo n, como capa anti reflejante se utilizó una película de Óxido de Indio Estaño ITO (Indium Tin Oxide) y finalmente, los contactos metálicos se realizaron por medio de evaporación de aluminio. Las celdas pin se fabricaron sobre silicio cristalino tipo n, sobre el cual se depositaron películas delgadas de silicio amorfo intrínseco y silicio amorfo dopado con boro, es decir a-Si:H tipo p . La caracterización se llevó a cabo por medio de la obtención de curvas corriente voltaje bajo iluminación, usando una lámpara de irradiancia conocida. De esta manera se extrajeron los parámetros de la densidad de corriente de corto circuito (Jsc), el voltaje de circuito abierto (Voc) y la eficiencia del dispositivo.

También se realizó un análisis sobre el efecto al variar los flujos de los gases dopantes en las películas amorfas (tipo n y p, respectivamente), con el objetivo de estudiar su influencia en las características de desempeño de las celdas fabricadas. Los resultados obtenidos muestran que el mejor desempeño de la celda se obtuvo al depositar una película de a-Si:H dopado

con boro con un flujo de 10 sccm, logrando obtener una eficiencia del 5.8%. Se encontró que la principal limitante de la eficiencia de las celdas solares fabricadas fue una alta resistencia en serie debido a los contactos no óhmicos metal-semiconductor y/o al efecto de tener una película intrínseca de un grosor mayor a 5 nm. Se utilizaron distintas técnicas para reducir la resistencia en serie en las celdas y de esta manera lograr un mayor factor de llenado y una mayor eficiencia. Sin embargo no fue posible reducirla.

Para confirmar que la resistencia en serie estaba limitando el funcionamiento de las celdas solares, se realizaron diversas simulaciones.

Master thesis


Recreating intestinal peristalsis in the petri dish

ROSA ESPINOSA LUNA ALMA ROSA BARAJAS ESPINOSA Fernando Ochoa Cortés Carlos Barajas López (2017)

"Here we describe a culture technique of cells dissociated from the external muscularis of the guinea pig small intestine, which allows us to maintain all the elements involved in the intestinal peristaltic reflex. After a few days in culture, these cells reorganize to form a small group of cells that permit the generation of pacemaker activity, spontaneous contractions, and the development of inhibitory and excitatory junction potentials in the petri dish, all elements involved in the peristaltic reflex. Therefore, these co-cultures are suitable to study the cellular and molecular aspects related to the development, maintenance, and modulation of motor intestinal functions."


Smooth muscle Neuromuscular junctions Gastrointestinal tract Small intestine Enteric nervous system Myenteric neurons Slow waves Inhibitory junction potentials Excitatory junction potentials BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Very shallow boron junctions in Si by implantation and SOD diffusion obtained by RTP


Because of their very large integration capabilities and continuous scaling, the CMOS devices are the basic element in the currentintegrated circuits. Their scaling up to sub-micrometric scale presents advantages like diminution of power consumption, faster devices and a larger level of integration. But the physics limitations begin to be important at these dimensions, anomalous effects like hot electrons, leakage currents and punch through, among others, appear. These effects can be reduced if, at the source/drain region, shallow junctions are obtained with junction depth (xj) less than 200 nm. To achieve this goal, new junction fabrication methods, which include pre-amorphization [S.D. Kim, C.M. Park, J.C.S. Woo, Formation and control of box-shaped ultra-shallow junction using laser annealing and pre-amorphization implantation, Solid State Electron. 49 (2005) 131–135] are required. Other alternative techniques that do not require ion implantation [T. Uchino, P. Ashburn, Y. Kiyota, T. Shiba, A CMOS-compatible rapid vapor-phase doping process for CMOS scaling, IEEE Trans. Electron Devices 51(1) (2004) 14–19.], in order to prevent surface crystal damage and as a consequence the inhibition of boron interstitial clusters and {3 1 1} defects [R.T. Crosby, K.S. Jones, M.E. Law, L. Radic, Dislocation loops in silicon–germanium alloys: the source of interstitials, Appl. Phys. Lett. 87 (192111) (2005) 1–3.], which are the trigger of the ‘‘transient enhanced diffusion’’ (TED) process are used. In this essay, it is shown that rapid thermal process, allow the fabrication of very shallow junctions with a xj less than 300nm by using with high energies and high doses of boron/BF2 ions implantation. By this way the slow dissolution of the dislocation loops, present at the end of range (EOR) of the implanted boron, allow this process. These obtained junctions are compared with those prepared by using the spin on doping (SOD) technique. The diffusion profiles obtained by both processes and their electrical properties are measured and compared for their application as S–D regions in a current CMOS process.


Shallow junctions Boron implants BF2 implants Boron SOD High boron concentration CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Análisis de las características de celdas solares basadas en heteroestructuras ITO/n-Si.


This work is focused on a theoretical study of an experimental solar cell, fabricated on a tin-doped indium oxide-silicon (ITO-Si) heterostructure. A 10 omega-cm resistivity silicon substrate was used. The main characteristics of the p-n and Schottky barrier physical models were analyzed. The application limits of each model were clearly defined. Based on the previous analysis, It was found that the experimental structure can be considered as a surface inversion p+-n junction and a theoretical model for inversion p-n ITO-nSi solar cells has been developed. This model is able to describe the behavior of such structure in an accurate way. Based on a p+-n model, theoretical calculations are presented. They show an

excellent agreement with the experimental results. Such agreement gave us the possibility to calculate the photovoltaic characteristics of hypothetical ITOnSi solar cells. It was found that the use of silicon substrates with resistivities lower than 10 omega-cm improves the cell efficiency. Moreover, it is shown that using substrates with resistivities lower than 1 omega–cm, the p-n model is not applicable. With the purpose of obtaining similar p-n structures as those obtained with ITO-Si, and based on the knowledge of the shallow and low resistive junctions formed by rapid thermal processes (RTP); p-n solar cells were fabricated by using this technique and a solid dopant source (spin on dopant SOD). The best characteristics achieved by these cells were below the theoretical values predicted by p-n model. A fabrication process depuration is proposed as a future work

En este trabajo se realiza el estudio teorico de una celda solar experimental basada en la heteroestructura ITO-Si fabricada en un substrato de silicio cristalino con resistividad de 10 omega–cm. Se realiza un analisis teorico de las principales caracteristicas de los modelos fisicos p-n y de barrera Schottky, definiendo claramente los limites de aplicacion de cada uno. Con base en esto, se encuentra que la celda experimental puede ser considerada como una union p+-n por inversion superficial del substrato y se desarrolla un modelo fisico y matematico capaz de describir de manera precisa el comportamiento de esta estructura experimental. Se presentan calculos teoricos con resultados que muestran una concordancia excelente con los valores experimentales, lo cual permite visualizar una mejora en las figuras de merito de la estructura mediante el empleo de substratos con resistividad menor a los 10 omega–cm. Se encuentra que para el caso de substratos con resistividad menor a 1 omega–cm, el modelo p-n por inversion superficial del substrato ya no sera aplicable. En un esfuerzo por obtener estructuras p-n similares a las logradas con las celdas ITO-Si, se fabricaron celdas solares en substratos de silicio cristalino basadas en estructuras p-n mediante el uso de una fuente solida SOD (spin on dopant por su siglas en ingles) y un proceso termico rapido de difusión (RTP rapid thermal process por sus siglas en ingles), en base al conocimiento previo de la formacion de uniones poco profundas (menores a 0.46m) y de baja resistividad mediante el empleo de esta tecnica. Las mejores caracteristicas de las estructuras fabricadas con esta técnica presentaron valores menores a los calculos teoricos proporcionados por el modelo p-n. Como trabajo futuro se propone una mejora a este proceso.

Master thesis


Fabricación y caracterización de uniones p-n usando películas delgadas de SnOx para electrónica flexible

Fabrication and characterization of p-n junctions using SnOx thin films for flexible electronics

Angélica María Garzón Fontecha (2020)

El óxido de estaño (SnOx) se ha utilizado en la fabricación de dispositivos transparentes y flexibles como sensores y transistores debido a sus propiedades ópticas y electrónicas. En las películas delgadas de SnOx, al variar la presión parcial relativa de oxígeno (ppO2) y la presión de trabajo, el tipo de portadores mayoritarios puede cambiar de tipo huecos a tipo electrones. En este trabajo, se obtienen películas delgadas de SnOx por pulverización catódica con magnetrón DC variando la ppO2 de 4.8 a 18.5 %, la presión de trabajo entre 1.8 y 2.5 mTorr y usando una potencia de 30 W. Las películas delgadas de SnOx son sometidas a un tratamiento térmico de 180 °C durante 30 min para asegurar la formación completa de la fase SnO. Se muestra la caracterización de las películas delgadas de SnOx por XRD, XPS, UV-vis y efecto Hall. Después del tratamiento térmico a 180 °C, las películas presentan una estructura tetragonal con trazas de Sn. Estas trazas de Sn0 disminuyen a medida que aumenta la ppO2; sin embargo, no desaparecen por completo. Las trazas restantes de Sn0 causan un estado aceptor en las películas delgadas de SnOx, lo que mejora el valor de la movilidad de sus portadores mayoritarios y la transmitancia de las películas tipo p. Se obtienen las películas delgadas de SnOx tipo p cuando se crecen en un intervalo de ppO2 de 4.8 % a 9.5 %. Los resultados de XPS demuestran que la película delgada depositada a ppO2 de 8.0 %, tiene un contenido de Sn2+ del 77 %, y después del tratamiento disminuye al 47 %. Para las películas delgadas de SnOx a ppO2 de 18.5 %, el contenido de Sn2+ disminuye ligeramente del 55 % al 53 %, después del tratamiento térmico. Las películas delgadas depositadas a ppO2 de 18.5 % experimentan menos oxidación después del recocido, mostrando un comportamiento de tipo n. La estequiometría de las películas delgadas de SnOx, obtenida por XPS, es SnO1.2 tanto para las muestras tipo p como las muestras tipo n. Utilizando las condiciones para obtener películas delgadas de SnOx con comportamiento tipo n y tipo p, se fabrica una unión p-n transparente por fotolitografía entre la película delgada depositada a una ppO2 de 8.0 % (tipo p) y la depositada en una ppO2 de 18.5 % (tipo n) sobre un sustrato de vidrio y otra sobre un sustrato flexible (poli-imida). Los diodos fabricados de SnOx exhiben características rectificadoras I–V, y para el caso del sustrato de poli-imida se obtiene un voltaje de encendido de 2.24 V, utilizando como contactos ...

Tin oxide (SnOx) has been widely used to fabricate transparent and flexible devices because of its optical and electronic properties. Also, it is well known that by varying the relative oxygen partial pressure (ppO2) and the working pressure, the carrier type of the SnOx thin films can change from p-type to ntype. In this work, a method to obtain SnOx thin films by DC magnetron sputtering at room temperature is developed. The carrier type of the SnOx thin films changes from p-type to n-type by increasing the relative oxygen partial pressure (ppO2) from 4.8 to 18.5 % and varying the working pressure between 1.8 and 2.5 mTorr. SnOx thin films are annealed at 180 °C for 30 min in air to improve their crystalline structure. The SnOx films display a tetragonal structure with Sn traces. These Sn traces decrease as the ppO2 increase; however, they do not disappear completely. These remaining traces of Sn are promoting an acceptor state in the SnOx thin film, which enhances p-type mobility value and transmittance in the SnOx films. XPS results confirm that the SnOx thin film is deposited at ppO2 of 8.0 % had 77 % of Sn2+content, and by further annealing, it decreases to 47 %. At ppO2 of 18.5 % the Sn2+ content decreases from 55 % to 53% after annealing. XPS results show the stoichiometry of SnOx thin films is SnO1.2 for both p-type and n-type thin films. Using the conditions to obtain SnOx thin films with n-type and p-type behavior, a p-n diode is fabricated using p-SnOx thin film at a ppO2 of 8.0 % and n-SnOx at ppO2 of 18.5% on glass and polyimide substrates using lithography techniques. SnOx junctions on polyimide exhibit I–V rectifying characteristics with a turn-on voltage of 2.24 V using Cr and ITO contacts. The diode fabricated on a flexible substrate retained its rectifying behavior even when it is bended, making it attractive for the transparent and flexible electronics.

Doctoral thesis

óxido de estaño, electrónica flexible, películas delgadas, presión parcial relativa de oxígeno, uniones p-n Tin oxide, flexible electronics, thin films, oxygen partial pressure, p-n junctions INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS TECNOLOGÍA DE MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES