Estudio de propiedades electrónicas y ópticas por métodos ab initio de nuevos materiales fotovoltaicos

Resumen

En esta tesis se presenta un estudio teórico por métodos mecano cuánticos de distintos tipos de materiales susceptibles de tener aplicación como materiales fotovoltaicos de alta eficiencia. La alta eficiencia de estos materiales vendría dada por la existencia de una banda electrónica extra, que denominaremos como banda intermedia, localizada dentro de la banda prohibida de un semiconductor convencional. Esta banda tiene que cumplir diversos requisitos para que de lugar a la alta eficiencia propuesta: ha de estar parcialmente llena, aislada dentro de la banda prohibida y mostrar cierta anchura: El trabajo de investigación realizado en esta tesis ha consistido en el estudio sistemático de aleaciones de tres grandes tipos de materiales semiconductores, de ancho de banda prohibida próxima a 2,1 eV: derivados de semiconductores III - V tipo GaP, derivados de calcopiritas tipo CuGaS2 y derivados de espinelas tipo Mgln2S4. Las aleaciones estudiadas para las que se investiga la formación de la banda intermedia características, se generan normalmente por sustitución parcial de átomos del grupo III (Galio para los dos primeros tipos de materiales, e Indico para la espinela), por metales de transición con electrones 3d, principalmente titanio así como otros metales de la misma serie V, Cr y Mn. Para la localización de los cálculos ab-initio, se ha utilizado la teoría del funcional de la densidad (DFT), con las aproximaciones tanto de densidad local (LDA), como de gradientes (GGA) con y sin incluir la polarización de spín. Se ha utilizado además correcciones a estas aproximaciones para mejorar los resultados obtenidos como son los métodos de intercambio exacto y de inclusión de un término de corrección tipo Hubbard.