Fa­bri­ca­ción de ma­te­ria­les com­pues­tos

Cel­das so­la­res uti­li­zan­do el mé­to­do de eva­po­ra­ción a ba­jas pre­sio­nes

Revista +Ciencia de la Facultad de Ingeniería - - ∫integrando Ingeniería - Jor­ge Ber­mú­dez Roldán

Alumno de 5º se­mes­tre de In­ge­nie­ría Me­ca­tró­ni­ca Ro­ber­to Ale­jan­dro La­drón de Gue­va­ra Es­qui­vel Alumno de 9º se­mes­tre de In­ge­nie­ría Me­ca­tró­ni­ca Cé­sar Al­ber­to Pa­che­co Go­dí­nez Alumno de 9º se­mes­tre de In­ge­nie­ría Me­ca­tró­ni­ca

an­te­ce­den­tes

Con el fin de apli­car co­no­ci­mien­tos de la ma­te­ria In­ge­nie­ría en Po­lí­me­ros, se reali­zó un pro­yec­to de in­ves­ti­ga­ción con la pre­ten­sión de co­no­cer si un ma­te­rial or­gá­ni­co com­pues­to ob­te­ni­do por el mé­to­do de eva­po­ra­ción al al­to va­cío po­see ca­rac­te­rís­ti­cas desea­bles pa­ra su apli­ca­ción como cel­das so­la­res. La im­por­tan­cia del pro­yec­to ra­di­ca en co­no­cer téc­ni­cas de de­pó­si­to so­bre pe­lí­cu­las del­ga­das y to­do el pro­ce­so que lo con­for­ma, des­de el cor­te de los sus­tra­tos has­ta la ve­ri­fi­ca­ción de sus pro­pie­da­des, al mis­mo tiem­po que se desa­rro­lla un apren­di­za­je del uso de los equi­pos ne­ce­sa­rios pa­ra es­te mé­to­do de de­pó­si­to y se ejer­ci­tan ha­bi­li­da­des re­la­cio­na­das con la in­ves­ti­ga­ción.

in­tro­duc­ción

Los equi­pos fo­tó­ni­cos y op­toe­lec­tró­ni­cos fun­da­men­ta­dos en la con­duc­ción de elec­tri­ci­dad, así como en la ma­ni­pu­la­ción de la luz y ba­sa­dos en ma­te­ria­les or­gá­ni­co/po­li­mé­ri­cos, han si­do ob­je­to de in­ten­sa in­ves­ti­ga­ción du­ran­te los úl­ti­mos 20 años, ade­más que, pau­la­ti­na­men­te, la elec­tró­ni­ca tra­di­cio­nal ba­sa­da prin­ci­pal­men­te en com­pues­tos de si­li­cio es­tá dan­do pa­so a es­ta nue­va tec­no­lo­gía de com­po­nen­tes or­gá­ni­cos. El pro­ce­so de fa­bri­ca­ción de es­te ti­po de ma­te­ria­les pue­de y de­be con­ce­bir­se como una úni­ca ope­ra­ción, da­da la ca­pa­ci­dad del ma­te­rial pa­ra adap­tar­se a for­mas com­ple­jas con­for­man­do con­jun­tos in­te­gra­dos. En al­gu­nos ca­sos se re­quie­re una ma­qui­na­ria desa­rro­lla­da específicamente, mien­tras que en otros, en cam­bio, só­lo una adap­ta­ción de la ya exis­ten­te.

El mé­to­do de eva­po­ra­ción al va­cío es usa­do pa­ra de­po­si­tar di­fe­ren­tes ti­pos de ma­te­ria­les, ya sean lí­qui­dos o un só­li­do, en un sus­tra­to a una dis­tan­cia de­fi­ni­da den­tro una cá­ma­ra de va­cío en don­de el ma­te­rial es ca­len­ta­do con una fuen­te de ca­lor di­rec­ta o in­di­rec­ta. La téc­ni­ca de de­po­si­ción por eva­po­ra­ción tér­mi­ca en va­cío con­sis­te en el ca­len­ta­mien­to has­ta la eva­po­ra­ción del ma­te­rial que se pre­ten­de de­po­si­tar. El va­por del ma­te­rial ter­mi­na con­den­sán­do­se en for­ma de lá­mi­na del­ga­da so­bre la su­per­fi­cie fría del sus­tra­to y las pa­re­des de la cá­ma­ra de va­cío. Nor­mal­men­te la eva­po­ra­ción se ha­ce a pre­sio­nes re­du­ci­das, del or­den de 10-5 o 10-6 Torr, con ob­je­to de evi­tar la reac­ción del va­por con la at­mós­fe­ra am­bien­te.

ob­je­ti­vo ge­ne­ral del pro­yec­to

De­po­si­tar en sus­tra­tos de cuar­zo, si­li­cio e ITO (In­dium Tin Oxi­de) ca­pas de com­pues­tos or­gá­ni­cos por me­dio de la eva­po­ra­ción al al­to va­cío un ma­te­rial com­pues­to se­mi­con­duc­tor y ve­ri­fi­car sus pro­pie­da­des de con­duc­ti­vi­dad pa­ra su apli­ca­ción como cel­das so­la­res.

me­to­do­lo­gía

El pro­ce­so que se lle­vó a ca­bo fue el si­guien­te:

re­sul­ta­dos y dis­cu­sión Pe­lí­cu­la de fta­lo­cia­ni­na de co­bre

Se reali­zó la prue­ba co­rres­pon­dien­te de trans­mi­tan­cia por análisis in­fra­rro­jo a la pe­lí­cu­la de co­bre ob­te­nien­do como re­sul­ta­do la grá­fi­ca de la fi­gu­ra 1. En ella po­de­mos ob­ser­var que tie­ne un por­cen­ta­je de trans­mi­tan­cia con la for­ma que co­rres­pon­de a un se­mi­con­duc­tor. Su por­cen­ta­je no es tan al­to a lo lar­go de to­do el in­ter­va­lo en com­pa­ra­ción con el si­li­cio, pe­ro man­tie­ne si­mi­li­tud en la cur­va.

En la fi­gu­ra 2 se mues­tra la grá­fi­ca de trans­mi­tan­cia de la pe­lí­cu­la de co­bre por ul­tra­vio­le­ta vi­si­ble. Se pue­de ob­ser­var que apro­xi­ma­da­men­te en la lon­gi­tud de on­da de 450 nm tie­ne un pi­co don­de al­can­za va­lo­res al­tos de trans­mi­tan­cia pa­ra des­pués dis­mi­nuir y, a par­tir de 750 nm, to­ma va­lo­res bas­tan­te al­tos, lo que fa­vo­re­ce su uso como se­mi­con­duc­tor. Aunque sus va­lo­res son al­tos, una cel­da so­lar tie­ne va­lo­res que al­can­zan el 80% de trans­mi­tan­cia, lo que co­rres­pon­de a una di­fe­ren­cia con­si­de­ra­ble en com­pa­ra­ción a nues­tras mues­tras. La fi­gu­ra 3 mues­tra la grá­fi­ca de ob­ten­ción del gap por tran­si­ción di­rec­ta de la pe­lí­cu­la de co­bre. En la grá­fi­ca se pue­den ob­ser­var dos cam­bios de pen­dien­te, que son los gaps for­ma­dos en 1.5 y 2.99 que co­rres­pon­den a va­lo­res ex­ce­len­tes pa­ra ma­te­ria­les se­mi­con­duc­to­res. De igual for­ma, en la tran­si­ción in­di­rec­ta se ob­tu­vie­ron va­lo­res desea­bles, en es­te ca­so el pri­me­ro de un va­lor de 1.51 y el se­gun­do de 2.49 (fi­gu­ra 4).

En cuan­to a su re­sis­ti­vi­dad se ob­ser­vó un com­por­ta­mien­to en la for­ma de un ma­te­rial se­mi­con­duc­tor, man­te­nien­do pro­por­cio­na­li­dad en­tre la in­ten­si­dad y el voltaje. Es im­por­tan­te men­cio­nar que des­pués de las prue­bas co­rres­pon­dien­tes se de­ter­mi­nó que el ma­te­rial no po­see ca­rac­te­rís­ti­cas fo­to­lu­mi­nis­cen­tes.

con­clu­sio­nes

La pe­lí­cu­la de co­bre po­see ca­rac­te­rís­ti­cas desea­bles de ma­te­ria­les se­mi­con­duc­to­res; su grá­fi­ca de trans­mi­tan­cia per­mi­te ob­ser­var el mis­mo com­por­ta­mien­to en la cur­va de dis­tin­tos se­mi­con­duc­to­res, con la li­ge­ra di­fe­ren­cia que su am­pli­tud es me­nor a la ob­te­ni­da en la grá­fi­ca de trans­mi­tan­cia del si­li­cio y aún de me­nor ta­ma­ño a la ob­te­ni­da en la grá­fi­ca de trans­mi­tan­cia del te­tra­tio de ful­va­leno. Ade­más, se ob­tu­vie­ron ex­ce­len­tes va­lo­res tan­to en tran­si­ción di­rec­ta como en tran­si­ción in­di­rec­ta, lo que ha­ce in­dis­cu­ti­ble su apli­ca­ción en el cam­po de los se­mi­con­duc­to­res como una po­si­ble al­ter­na­ti­va en el uso en dis­tin­tas áreas, te­nien­do en cuen­ta que no po­see­rá las mis­mas ca­rac­te­rís­ti­cas que el te­tra­tio de ful­va­leno y su com­por­ta­mien­to po­dría no ser tan efi­cien­te en com­pa­ra­ción. Da­dos es­tos re­sul­ta­dos, se pue­de con­cluir que su apli­ca­ción como cel­das so­la­res es po­si­ble, pe­ro su efi­cien­cia se­ría me­nor a las cel­das co­mer­cia­les. Fi­nal­men­te, se com­ple­tó sa­tis­fac­to­ria­men­te el apren­di­za­je de la ela­bo­ra­ción de un ma­te­rial com­pues­to por el mé­to­do de eva­po­ra­ción al al­to va­cío, así como el uso de los equi­pos pa­ra su ob­ten­ción y análisis de re­sul­ta­dos. En tan­to que in­ge­nie­ros, es ne­ce­sa­rio rea­li­zar pro­yec­tos que pro­mue­van el desa­rro­llo de ha­bi­li­da­des, tan- to prác­ti­cas como cog­ni­ti­vas. Al rea­li­zar un pro­yec­to de es­te ti­po se ad­quie­ren ha­bi­li­da­des de in­ves­ti­ga­ción que per­mi­ten un desa­rro­llo in­te­gral en el ám­bi­to edu­ca­ti­vo y que más ade­lan­te ser­vi­rán pa­ra su apli­ca­ción di­rec­ta en el ám­bi­to pro­fe­sio­nal. Al ser pro­mo­vi­das es­tas ha­bi­li­da­des en alum­nos tan­to de ni­vel me­dio como avan­za­do de la ca­rre­ra, per­mi­ten am­pliar las for­mas en las que se re­suel­ven pro­ble­mas, se in­ter­pre­tan re­sul­ta­dos, se ma­ne­jan equi­pos re­la­cio­na­dos con la in­ge­nie­ría, etc., to­do ello, sin du­da, in­dis­pen­sa­ble pa­ra to­do aquel que pre­ten­da con­ce­bir­se como in­ge­nie­ro en to­do el sen­ti­do de la pa­la­bra.

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