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Ciencia & Tecnología

Magnetismo mejoraría calidad de películas para paneles solares

Por medio de la técnica de pulverización catódica, un proceso físico que vaporiza los átomos de un material sólido denominado “blanco", mediante choques con iones energéticos, se busca obtener películas de mayor calidad y a menor costo con múltiples aplicaciones en la industria.

Manizales, 28 de noviembre de 2019Agencia de Noticias UN-

Equipo para pulverización catódica asistida por campo magnético, del Laboratorio de Nanoestructuras Semiconductoras. Fotos: Agencia de Noticias - Unimedios.

Sustrato de vidrio.

Celdas solares de películas delgadas. Foto: Juan David Losada Losada.

Síntesis de películas delgadas por la técnica de magnetismo.

El desarrollo de películas de paneles solares más eficientes es realizado por el estudiante Juan David Losada Losada, de la Maestría en Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, con un sustrato de vidrio, altas temperaturas y magnetismo.

“Es uno de los procesos más importantes en la fabricación de productos con múltiples aplicaciones en campos como el almacenamiento de datos, las pantallas de última tecnología, los dispositivos optoelectrónicos y las celdas solares de película delgada”, señala el estudiante.

Para entender la pulverización catódica, el investigador explica que “se puede pensar en el proceso como una partida de billar a nivel atómico, con los iones (bola blanca) golpeando una agrupación de átomos densamente empaquetados (bolas de colores). Aunque la primera colisión empuja a los átomos más hacia adentro en la agrupación, colisiones posteriores entre estos pueden tener como resultado que algunos de los que están cerca de la superficie sean expulsados. El número de átomos expulsados de la superficie por ion incidente es el rendimiento de pulverización”.

Fuente de energía renovable

El sector de las energías renovables ha mantenido importantes inversiones especialmente en parques eólicos y en la incorporación de paneles solares a pequeña escala, en respuesta a la tendencia de aprovechar la energía eólica y la fotovoltaica, la cual se beneficia de la radiación solar.

Entre los materiales más usados y estudiados para la fabricación de celdas solares se encuentran el silicio cristalino y el arseniuro de galio (AIGaAs); este último es el material más eficiente pero también el más costoso.

Proceso con magnetismo

El nuevo proceso del estudiante Losada para obtener películas delgadas del material semiconductor AlGaAs se conoce como “técnica de pulverización catódica asistida por campo magnético”.

“Consiste en incluir un magneto dentro del electrodo negativo, con el fin de generar un campo magnético que logre que los electrones generen una corriente en forma de anillo denominada pista de carreras’. En este proceso los electrones son capturados dentro de dicha trayectoria, la formación de iones se incrementa al igual que el ritmo de colisiones entre los electrones y las moléculas del gas, lo que da como resultado una caída del voltaje en el blanco, es decir menor impedancia del plasma y una mejora en el ritmo de pulverización”, explicó el investigador

Equipo utilizado

Para el proceso de pulverización catódica asistido por campo magnético se depositan las capas y multicapas en un equipo que consta básicamente de una torre de control, una cámara de vacío y un sistema de enfriamiento.

“El equipo permite trabajar desde temperatura ambiente hasta 950 °C, con presiones desde 10-2 Torr hasta 10-4 Torr (milímetro de mercurio) en atmósferas controladas de argón, nitrógeno y oxígeno, entre otros. El sistema cuenta con 2 flujometros que permiten controlar el paso del gas a la cámara. El área máxima posible a recubrir es de 2” de diámetro sobre substratos planos que pueden ser aislantes, metales o semiconductores”, añade el estudiante.

Con el fin de encontrar las mejores condiciones de depósito para el semiconductor AlGaAs, se utilizó un sustrato de bajo costo como el vidrio, material que permite formar aleaciones que potencializan sus aplicaciones tecnológicas.

Este material en particular es de gran interés, debido a que su ancho de banda de energía puede variar desde 1,42 eV (electronvoltio) para el AlGaAs hasta 2,17 eV para el AlAs, según la concentración de Al en la aleación, y con una pequeña variación en su parámetro de red, lo que favorece la formación de multicapas.

(Por: fin/LGH/MLA/LOF
)
N.° 977

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