Thesis:

Estudio de las propiedades ópticas y eléctricas de grafeno para su uso como electrodo transparente en celdas solares de silicio de heterojuntura

Dado el acelerado cambio climático y el sostenido desarrollo industrial, el requerimiento energético a nivel global ha experimentado un aumento significativo. En este contexto, durante los últimos años se ha impulsado el uso de fuentes de energía renovable, entre las cuales destaca la energía solar fotovoltaica, que en Chile representó el 19.2 % de la generación eléctrica en 2024. Dentro de las tecnologías fotovoltaicas, sobresalen las celdas solares de silicio de heterojuntura, debido a sus diversas ventajas frente a las celdas de homojuntura, que actualmente son las más utilizadas a nivel industrial. Estas celdas incorporan una película conductora transparente (TCF), fabricada mayoritariamente a partir de óxido de indio y estaño (ITO), material de alto costo y disponibilidad limitada. En la búsqueda de un TCF alternativo, el grafeno se ha posicionado como una opción prometedora, debido a su bajo costo y a sus destacadas propiedades estructurales, ópticas (alta transmitancia) y eléctricas (baja resistencia eléctrica). En el presente trabajo se estudiaron las propiedades eléctricas, ópticas y morfológicas de películas de grafeno con el objetivo de evaluar su potencial aplicación como TCF alternativo. Para ello, se sintetizó grafeno mediante deposición química en fase de vapor, obteniéndose películas de hasta 3×3cm2. El grafeno fue transferido a sustratos de vidrio con electrodos de oro y a sustratos con dióxido de silicio. La resistencia de hoja del grafeno sobre dióxido de silicio fue medida mediante el método de Van der Pauw, obteniéndose un valor de 115 Ω/sq. Por otra parte, para el grafeno sobre vidrio, la resistencia de hoja fue determinada mediante el método de los cuatro contactos, registrándose valores entre 4180 y 9024 Ω/sq, los cuales dependen fuertemente de la presencia de grietas y del número de capas(...).

Due to accelerated climate change and sustained industrial development, global energy demand has experienced a significant increase. In this context, the use of renewable energy sources has been strongly promoted in recent years, among which solar photovoltaic energy stands out. In Chile, photovoltaic energy accounted for 19.2% of the total electricity generation in 2024. Among photovoltaic technologies, silicon heterojunction solar cells stand out due to their various advantages over homojunction cells, which are currently the most widely used at the industrial level. These cells incorporate a transparent conductive film (TCF), typically fabricated from indium tin oxide (ITO), a material characterized by high cost and limited availability. In the search for an alternative TCF, graphene has emerged as a promising candidate due to its relatively low cost and its outstanding structural, optical (high transmittance), and electrical (low electrical resistance) properties. In this work, the electrical, optical, and morphological properties of graphene films were studied in order to evaluate their potential application as an alternative TCF. To this end, graphene was synthesized by chemical vapor deposition, yielding films with areas of up to 3 × 3 cm². The graphene was transferred onto glass substrates with gold electrodes and onto silicon dioxide substrates. The sheet resistance of graphene on silicon dioxide was measured using the Van der Pauw method, yielding a value of 115 Ω/sq. On the other hand, for graphene on glass substrates, the sheet resistance was determined using the four-probe method, obtaining values between 4180 and 9024 Ω/sq, which strongly depend on the presence of cracks and on the number of layers(...).