Ciencia de Materiales y Energías Renovables (MATER-PUCP)

Perú es el país del Sol y la tecnología fotovoltaica (FV). Por las ventajas técnico-económicas que ofrece, es la técnica renovable de generación de energía eléctrica que mayor tasa de crecimiento ha presentado en la última década. Actualmente, el mercado ofrece múltiples productos comerciales de diferentes tecnologías FV. Sin embargo, aún no existen estudios científicos sobre el verdadero comportamiento particular de cada una de ellas en el país considerando sus diversos climas. En este proyecto se investigará el desempeño de diferentes generaciones de tecnologías de módulos FV. Para ello, será necesario la realización de una extensa campaña experimental en la cual, además de la obtención y análisis de la curva característica de corriente-voltaje del módulo, será necesario registrar todas las variables meteorológicas de interés (irradiancia, distribución espectral, temperatura, humedad, polvo, etc.) que afectan a su producción energética, así como a la degradación de los mismos. A partir de los resultados experimentales, se validarán modelos matemáticos y físicos los cuales se optimizarán para las condiciones climatológicas de la región de Lima. En este sentido, se podrá predecir la producción de energía FV para estas condiciones. El resultado esperado conducirá a entender mejor el rendimiento y comportamiento de cada tecnología. Se pretende que la metodología aplicada y modelos desarrollados puedan replicarse en las distintas zonas climáticas del Perú. Además, los datos obtenidos facilitarán los estudios de ahorro energético y económico. Finalmente, los resultados serán de interés para el sector energético en el marco de su actual y futura transición a energías renovables, ya que motivarán e impactarán la selección de las tecnologías fotovoltaicas adecuadas para el clima peruano.

Se investiga el efecto del dopado con terbio en las propiedades ópticas, eléctricas y de emisión de luz de películas delgadas de óxido de indio y estaño (ITO) y óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) depositadas por sputtering, considerando diferentes condiciones de recocido y concentraciones del dopante.

Las películas son preparadas mediante sputtering con magnetrón de radiofrecuencia (RF), manteniendo una alta transmitancia en las regiones ultravioleta, visible y del infrarrojo cercano del espectro, así como una resistencia por hoja relativamente baja.

Para inducir la activación de los centros luminiscentes del terbio, las películas serán recocidas hasta 700 °C bajo diferentes atmósferas: alto vacío, aire y oxígeno.

La variación de la intensidad integrada de emisión de luz asociada al terbio en función de la temperatura de recocido, así como el impacto en las propiedades ópticas y eléctricas, son los principales intereses de este proyecto.

Después de cada proceso de recocido, se registrarán la transmitancia óptica, la resistividad eléctrica y la difractometría de rayos X, con el fin de evaluar el equilibrio entre la intensidad de emisión de luz lograda y las propiedades ópticas y eléctricas.

Participantes:

• JAN AMARU PALOMINO TÖFFLINGER (Co-Investigador)
• ROLAND WEINGÄRTNER – (Co-Investigador)
• JORGE ANDRES GUERRA TORRES (Investigador principal)
• JUNIOR ALEGRE SAENZ (Asistente)
• ROLF GRIESELER (Co-Investigador)
• PAUL DAVID LLONTOP LOPEZ-DAVALOS (Co-Investigador)
• CARLOS ENRIQUE TORRES FERNANDEZ (Co-Investigador)

Cada año nuevas tecnologías de mayor eficiencia y menor costo entran al mercado FV. En este sentido, las universidades de las regiones de Lima (PUCP y UNI), Arequipa (UNSA), de Tacna (UNJBG), de Puno (UNAJ) y de Amazonas (UNTRM) investigarán en conjunto el rendimiento energético, técnico- y socio-económico de sistemas de nuevas tecnologías FV. Este proyecto busca estudiarlas y evaluarlas bajo las condiciones climáticas en el lugar de estudio. Los estudios en aspectos de rendimiento energético también facilitarán la identificación de efectos de degradación. La investigación se realizará a nivel de sistema FV conectado a la red para estudios de rendimiento energético y de modelamiento para la predicción de la producción energética. Estos serán acompañados por estudios a nivel de módulos para la investigación de las propiedades fundamentales de las diferentes tecnologías y como son afectadas por las variables meteorológicas, Finalmente, a partir de los resultados energéticos, se realizará un estudio de los potenciales impactos técnico-socioeconómicos, así como de los beneficios medioambientales que generaría la intervención FV en el lugar de estudio con cada tecnología. Mediante las herramientas de simulación y análisis de datos que se desarrollen, se realizará una estimación de la energía eléctrica generada, así como un estudio de rentabilidad económica.

2018 – 2020

El propósito de este proyecto cooperativo fue contribuir a ambos objetivos mediante la investigación de nuevos materiales fotovoltaicos de perovskita y tierras raras. La perovskita ha surgido como un material muy prometedor y de bajo costo para películas absorbentes en celdas solares. En particular, las llamadas celdas solares ¿tándem¿ de silicio/perovskita, compuestas de capas superpuestas de cada material, muestran gran potencial para superar las actuales celdas solares de silicio de unión única. El HZB desarrolla celdas solares de silicio de hetero-unión, que sirven como la base de la celda tándem. Uno de los principales desafíos es sintonizar la energía del ancho de banda de la perovskita para optimizar eléctrica y ópticamente la estructura tándem. El objetivo del proyecto es obtener conocimiento preciso del índice de refracción complejo, ancho de banda óptico y fotoconductancia de la capa de perovskita. Un segundo enfoque para superar el límite de la eficiencia de una celda solar es incorporar procesos de conversión descendente y ascendente de luz. Las energías de fotón mayores al ancho de banda de la capa absorbente son perdidas parcialmente por termalización, y las energías menores son perdidas totalmente por falta de absorción, lo cual limita la eficiencia de las celdas solares de unión única. El Grupo de Ciencia de los Materiales de la PUCP está investigando las propiedades ópticas y luminescentes de las tierras raras de terbio (Tb) e yterbio (Yb). El objetivo del proyecto feu demostrar los procesos de conversión descendente y/o ascendente de las tierras raras en un dispositivo fotovoltaico.