Low-density InAs QDs with subcritical coverage obtained by conversion of In nanocrystals

We report growth of InAs/GaAs quantum dots (QDs) by molecular beam epitaxy with low density of 2 μm−2 by conversion of In nanocrystals deposited at low temperatures. The total amount of InAs used is about one monolayer, which is less than the critical thickness for conventional Stranski–Krastanov QDs. We also demonstrate the importance of the starting surface reconstruction for obtaining uniform QDs. The QD emission wavelength is easily tunable upon post-growth annealing with no wetting layer signal visible for short anneals. Microphotoluminescence measurements reveal well separated and sharp emission lines of individual QDs.

Impact of MOVPE Environment on Silicon Substrates for III-V-on-Si Multijunction Solar Cells

With the final goal of integrating III-V materials to silicon for tandem solar cells, the influence of the metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) environment on the minority carrier properties of silicon wafers has been evaluated. These properties will essentially determine the photovoltaic performance of the bottom cell in a III-V-on-Si tandem solar cell device. A comparison of the base minority carrier lifetimes obtained for different thermal processes carried out in a MOVPE reactor on Czochralski silicon wafers has been carried out. The effect of the formation of the emitter by phosphorus diffusion has also been evaluated.

Study of the temperature distribution in Si nanowires under microscopic laser beam excitation

The use of laser beams as excitation sources for the characterization of semiconductor nanowires (NWs) is largely extended. Raman spectroscopy and photoluminescence (PL) are currently applied to the study of NWs. However, NWs are systems with poor thermal conductivity and poor heat dissipation, which result in unintentional heating under the excitation with a focused laser beam with microscopic size, as those usually used in microRaman and microPL experiments. On the other hand, the NWs have subwavelength diameter, which changes the optical absorption with respect to the absorption in bulk materials. Furthermore, the NW diameter is smaller than the laser beam spot, which means that the optical power absorbed by the NW depends on its position inside the laser beam spot. A detailed analysis of the interaction between a microscopic focused laser beam and semiconductor NWs is necessary for the understanding of the experiments involving laser beam excitation of NWs. We present in this work a numerical analysis of the thermal transport in Si NWs, where the heat source is the laser energy locally absorbed by the NW. This analysis takes account of the optical absorption, the thermal conductivity, the dimensions, diameter and length of the NWs, and the immersion medium. Both free standing and heat-sunk NWs are considered. Also, the temperature distribution in ensembles of NWs is discussed. This analysis intends to constitute a tool for the understanding of the thermal phenomena induced by laser beams in semiconductor NWs.

SiGe/Si nanowire axial heterostructures grown by LPCVD using Ga-Au

The use of Ga-Au alloys of different compositions as metal catalysts for the growth of abrupt SiGe/Si nanowire axial heterostructures has been investigated. The heterostructures grown in a continuous process by just switching the gas precursors, show uniform nanowire diameters, almost abrupt compositional changes and no defects between the different sections. These features represent significant improvements over the results obtained using pure Au.

Nanocrystals in the manufacture of target for inertial confinement fusion

Systems inertial confinement fusion (ICF) need of a manufacturing process targets very accurate and efficient (Fig. A). Due to the frequency needed for energy production techniques are necessary to achieve high repetition rates, however it is also necessary to increase or maintain the quality and efficiency of these targets. In order to observe more resolution possible problems in the target manufacture (B), we propose the following theoretical methodology, by means of which analyze different phenomena present in the conditions which are fabrication and handled deuterium tritium target spheres (DT ice). Recent experiments show that addition of instabilities caused by the geometry of the solid layer of DT ice (C), and the cover (ablator), one can relate the loss of power delivery in the implosion due to different conformations of the solid layers with regarding handling conditions.

Study of the Electrical Behavior in Intermediate Band-Si Junctions

In this study we analyze the electrical behavior of a junction formed by an ultraheavily Ti implanted Si layer processed by a Pulsed Laser Melting (PLM) and the non implanted Si substrate. This electrical behavior exhibits an electrical decoupling effect in this bilayer that we have associated to an Intermediate Band (IB) formation in the Ti supersaturated Si layer. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToFSIMS) measurements show a Ti depth profile with concentrations well above the theoretical limit required to the IB formation. Sheet resistance and Hall mobility measurements in the van der Pauw configuration of these bilayers exhibit a clear dependence with the different measurement currents introduced (1menor queA-1mA). We find that the electrical transport properties measured present an electrical decoupling effect in the bilayer as function of the temperature. The dependence of this effect with the injected current could be explained in terms of an additional current flow in the junction from the substrate to the IB layer and in terms of the voltage dependence in the junction with the measurement current.

In situ control of Si(100) and Ge(100) surface preparation for the heteroepitaxy of III-V solar cell architectures

Si(100) and Ge(100) substrates essential for subsequent III-V integration were studied in the hydrogen ambient of a metalorganic vapor phase epitaxy reactor. Reflectance anisotropy spectroscopy (RAS) enabled us to distinguish characteristic configurations of vicinal Si(100) in situ: covered with oxide, cleaned by thermal removing in H2, and terminated with monohydrides when cooling in H2 ambient. RAS measurements during cooling in H2 ambient after the oxide removal process revealed a transition from the clean to the monohydride terminated Si(100) surface dependent on process temperature. For vicinal Ge(100) we observed a characteristic RA spectrum after annealing and cooling in H2 ambient. According to results from X-ray photo electron spectroscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy the spectrum corresponds to the monohydride terminated Ge(100) surface.

Electrical, photoelectrical and morphological properties of ZnO nanowire networks grown on SiO2 and on Si

ZnO nanofibre networks (NFNs) were grown by vapour transport method on Si-based substrates. One type of substrate was SiO2 thermally grown on Si and another consisted of a Si wafer onto which Si nanowires (NWs) had been grown having Au nanoparticles catalysts. The ZnO-NFN morphology was observed by scanning electron microscopy on samples grown at 600 °C and 720 °C substrate temperature, while an focused ion beam was used to study the ZnO NFN/Si NWs/Si and ZnO NFN/SiO2 interfaces. Photoluminescence, electrical conductance and photoconductance of ZnO-NFN was studied for the sample grown on SiO2. The photoluminescence spectra show strong peaks due to exciton recombination and lattice defects. The ZnO-NFN presents quasi-persistent photoconductivity effects and ohmic I-V characteristics which become nonlinear and hysteretic as the applied voltage is increased. The electrical conductance as a function of temperature can be described by a modified three dimensional variable hopping model with nanometer-ranged typical hopping distances.

Interaction between a laser beam and semiconductor nanowires: application to the raman spectrum of Si nanowires

One presents in this work the study of the interaction between a focused laser beam and Si nanowires (NWs). The NWs heating induced by the laser beam is studied by solving the heat transfer equation by finite element methods (fem). This analysis permits to establish the temperature distribution inside the NW when it is excited by the laser beam. The overheating is dependent on the dimensions of the NW, both the diameter and the length. When performing optical characterization of the NWs using focused laser beams, one has to consider the temperature increase introduced by the laser beam. An important issue concerns the fact that the NWs diameter has subwavelength dimensions, and is also smaller than the focused laser beam. The analysis of the thermal behaviour of the NWs under the excitation with the laser beam permits the interpretation of the Raman spectra of Si NWs, where it is demonstrated that temperature induced by the laser beam play a major role in shaping the Raman spectrum of Si NWs

Interconexión monolítica de dispositivos fotovoltaicos basados en a-Si mediante ablación directa con fuentes láser ultravioleta

Resumen En la última década la tecnología láser se ha convertido en una herramienta imprescindible en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos, muy especial¬mente en aquellos basados en tecnología de lámina delgada. Independiente¬mente de crisis coyunturales en el sector, la evolución en los próximos años de estas tecnologías seguirá aprovechándose de la flexibilidad y calidad de proceso de la herramienta láser para la consecución de los dos objetivos básicos que harán de la fotovoltaica una opción energética económicamente viable: la reducción de costes de fabricación y el aumento de eficiencia de los dispositivos. Dentro de las tecnologías fotovoltaicas de lámina delgada, la tecnología de dispositivos basados en silicio amorfo ha tenido un gran desarrollo en sistemas estándar en configuración de superestrato, pero su limitada efi¬ciencia hace que su supervivencia futura pase por el desarrollo de formatos en configuración de substrato sobre materiales flexibles de bajo coste. En esta aproximación, las soluciones industriales basadas en láser actualmente disponibles para la interconexión monolítica de dispositivos no son aplica¬bles, y desde hace años se viene investigando en la búsqueda de soluciones apropiadas para el desarrollo de dichos procesos de interconexión de forma que sean transferibles a la industria. En este contexto, esta Tesis propone una aproximación completamente orig¬inal, demostrando la posibilidad de ejecutar una interconexión completa de estos dispositivos irradiando por el lado de la lámina (es decir de forma com¬patible con la opción de configuración de substrato y, valga la redundancia, con el substrato del dispositivo opaco), y con fuentes láser emitiendo en UV. Este resultado, obtenido por primera vez a nivel internacional con este trabajo, aporta un conocimiento revelador del verdadero potencial de estas fuentes en el desarrollo industrial futuro de estas tecnologías. Si bien muy posiblemente la solución industrial final requiera de una solución mixta con el empleo de fuentes en UV y, posiblemente, en otras longitudes de onda, esta Tesis y su planteamiento novedoso aportan un conocimiento de gran valor a la comunidad internacional por la originalidad del planteamiento seguido, los resultados parciales encontrados en su desarrollo (un número importante de los cuales han aparecido en revistas del JCR que recogen en la actualidad un número muy significativo de citas) y porque saca además a la luz, con las consideraciones físicas pertinentes, las limitaciones intrínsecas que el desarrollo de procesos de ablación directa selectiva con láseres UV en parte de los materiales utilizados presenta en el rango temporal de in¬teracción de ns y ps. En este trabajo se han desarrollado y optimizado los tres pasos estándar de interconexión (los habitualmente denominados Pl, P2 y P3 en la industria fotovoltaica) demostrando las ventajas y limitaciones del uso de fuentes en UV tanto con ancho temporal de ns como de ps. En particular destaca, por el éxito en los resultados obtenidos, el estudio de procesos de ablación selectiva de óxidos conductores transparentes (en este trabajo utilizados tanto como contacto frontal así como posterior en los módulos) que ha generado resultados, de excelente acogida científica a nivel internacional, cuya aplicación trasciende el ámbito de las tecnologías de silicio amorfo en lámina delgada. Además en este trabajo de Tesis, en el desarrollo del objetivo citado, se han puesto a punto técnicas de análisis de los procesos láser, basadas en métodos avanzados de caracterización de materiales (como el uso combi¬nado de la espectroscopia dispersiva de rayos X y la microscopía confocal de barrido) que se presentan como auténticos avances en el desarrollo de técnicas específicas de caracterización para el estudio de los procesos con láser de ablación selectiva de materiales en lámina delgada, procesos que no solo tienen impacto en el ámbito de la fotovoltaica, sino también en la microelectrónica, la biotecnología, la microfabricación, etc. Como resultado adicional, parte de los resultados de este trabajo, han sido aplicados exi¬tosamente por el grupo de investigaci´on en la que la autora desarrolla su labor para conseguir desarrollar procesos de enorme inter´es en otras tec-nolog´ıas fotovoltaicas, como las tecnolog´ıas est´andar de silicio amorfo sobre vidrio en configuraci´on de superestrato o el procesado de capas delgadas en tecnolog´ıas convencionales de silicio cristalino. Por u´ltimo decir que este trabajo ha sido posible por una colaboraci´on muy estrecha entre el Centro L´aser de la UPM, en el que la autora de¬sarrolla su labor, y el Grupo de Silicio Depositado del Centro de Inves¬tigaciones Energ´eticas, Medioambientales y Tecnol´ogicas, CIEMAT, que, junto al Grupo de Energ´ıa Fotovoltaica de la Universidad de Barcelona, han preparado la mayor parte de las muestras utilizadas en este estudio. Dichas colaboraciones se han desarrollado en el marco de varios proyectos de investigaci´on aplicada con subvenci´on pu´blica, tales como el proyecto singular estrat´egico PSE-MICROSIL08 (PSE-120000-2006-6), el proyecto INNDISOL (IPT-420000-2010-6), ambos financiados porel Fondo Europeo de Desarrollo Regional FEDER (UE) ”Una manera de hacer Europa y el MICINN, y los proyectos de Plan Nacional AMIC (ENE2010-21384-C04-´ 02) y CLASICO (ENE2007-6772-C04-04), cuya financiaci´on ha permitido en gran parte llevar a t´ermino este trabajo Abstract In the last decade, the laser technology has turned into an indispensable tool in the production of photovoltaic devices, especially of those based on thin film technology. Regardless the current crisis in the sector, the evolution of these technologies in the upcoming years will keep taking advantage of the flexibility and process quality of the laser tool for the accomplishment of the two basic goals that will convert the photovoltaic energy into economically viable: the manufacture cost reduction and the increase in the efficiency of the devices. Amongst the thin film laser technologies, the technology of devices based on amorphous silicon has had a great development in standard systems of superstrate configuration, but its limited efficiency makes its survival de¬pendant on the development of formats in substrate configuration with low cost flexible materials. In this approach, the laser industrial solutions cur¬rently available for the monolithic interconnection are not applicable, and in the last few years the investigations have been focused on the search of appropriate solutions for the development of such interconnection processes in a way that the same are transferable to the industry. In this context, this Thesis proposes a totally original approach, proving the possibility of executing a full interconnection of these devices by means of irradiation from the film side, i.e., compatible with the substrate con¬figuration, and with UV laser sources. This result, obtained for the first time at international level in this work, provides a revealing knowledge of the true potential of these sources in the future industrial development of these technologies. Even though very probably the final industrial solution will require a combination of the use of UV sources along with other wave¬lengths, this Thesis and its novel approach contribute with a high value to the international community because of the originality of the approach, the partial results found throughout its development (out of which, a large number has appeared in JCR journals that currently accumulate a signifi¬cant number of citations) and brings to light, with the pertinent scientific considerations, the intrinsic limitations that the selective direct ablation processes with UV laser present in the temporal range of interaction of ns and ps for part of the materials used in this study. More particularly, the three standard steps of interconnection (usually de¬nominated P1, P2 and P3 in the photovoltaic industry) have been developed and optimized, showing the advantages as well as the limitations of the use of UV sources in both the ns and ps pulse-width ranges. It is highly remark¬able, because of the success in the obtained results, the study of selective ablation processes in transparent conductive oxide (in this work used as a front and back contact), that has generated results, of excellent interna¬tional scientific reception, whose applications go beyond the scope of thin film photovoltaic technologies based on amorphous silicon. Moreover, in this Thesis, with the development of the mentioned goal, differ¬ent techniques of analysis of laser processes have been fine-tuned, basing the same in advanced methods for material characterization (like the combined use of EDX Analysis and Confocal Laser Scanning Microscopy) that can be presented as true breakthroughs in the development of specific techniques for characterization in the study of laser processes of selective ablation of materials in thin film technologies, processes that not only have impact in the photovoltaic field, but also in those of microelectronics, biotechnology, micro-fabrication, etc. As an additional outcome, part of the results of this work has been suc¬cessfully applied, by the investigation group to which the author belongs, to the development of processes of enormous interest within other photo¬voltaic technologies, such as the standard technologies on amorphous silicon over glass in superstrate configuration or the processing of thin layers in conventional technologies using crystalline silicon. Lastly, it is important to mention that this work has been possible thanks to the close cooperation between the Centro L´aser of the UPM, in which the author develops her work, and the Grupo de Silicio Depositado of Centro de Investigaciones Energ´eticas, Medioambientales y Tecnol´ogicas, CIEMAT, which, along with the Grupo de Energ´ıa Fotovoltaica of Univer¬sidad de Barcelona, has prepared the largest part of the samples utilized in this study. Such collaborations have been carried out in the context of several projects of applied investigation with public funding, like Proyecto Singular Estrat´egico PSE-MICROSIL08 (PSE-120000-2006-6), Proyecto IN-NDISOL (IPT-420000-2010-6), both funded by the European Regional De¬velopment Fund (ERDF), ”Una manera de hacer Europa” and MICINN, and the projects of Plan Nacional AMIC (ENE2010-21384-C04-02) and ´ CLASICO (ENE2007-6772-C04-04), whose funds have enabled the devel-opment of large part of this work.

La casa abierta : hacia una vivienda variable y sostenible concebida como si el habitante importara

A profunda crisis de la ‘nave espacial Tierra’ que cohabitamos, como llamaba Buckminster Fuller a nuestro planeta, y los imparables cambios en los modos de vida occidentales demandan un urgente cambio en el modelo de vivienda que las sociedades‘desarrolladas’ proporcionan a sus ciudadanos. Los nuevos modos de vida son variables e imprevisibles, incapaces de ser predeterminados en un proyecto arquitectónico ‘cerrado’. Los avances tecnológicos conducen a la movilidad, la desaparición del hogar tradicional, la interrelación de los espacios de vivienda y trabajo y anticipan la llegada de tipos de vida más dinámicos y menos ligados a un sitio específico. En cuanto a las formas de relación, disminuye la duración de los compromisos afectivos y crece el número de personas con una vida al margen de la familia tradicional o producto de la disgregación de proyectos familiares. Y, en el campo arquitectónico, no dejan de surgir nuevas herramientas mecánicas y tecnológicas capaces de transformar, de forma sencilla, una vivienda. Todas estas circunstancias no encuentran acomodo en las viviendas concebidas para los modos de vida de las pasadas generaciones. Desde hace décadas, al menos en nuestro país, los arquitectos han dejado de diseñar las viviendas de promoción privada que firman, ya que el propio ‘mercado’ se encarga de hacerlo. Las viviendas que el ‘mercado’ diseña no persiguen entregar a sus habitantes un lugar donde puedan desarrollar sus potencialidades. El único objetivo de estas promociones es el beneficio económico. Las casas que el ‘mercado’ promueve son indiferentes a las minorías y a los nuevos modos de vida. Son viviendas mínimas y uniformes para, de esta forma, maximizar el beneficio y simplificar el proceso económico. Estas viviendas promueven los mismos valores que guían nuestra ‘nave’: son individualistas, buscando minimizar el contacto vecinal, persiguen la uniformidad, en personas y pensamientos, y perpetúan valores, ya que insisten en repetir los mismos modelos habitacionales creados para los modos de vida de las generaciones anteriores. Son casas cerradas que tratan de imponer a sus habitantes el modo de habitarlas. Son casas estáticas que no están pensadas para facilitar su adaptación al particular modo de vida de sus ocupantes. Siguiendo en nuestro país, las viviendas de promoción pública obedecen, también desde hace décadas, a una normativa desfasada ajena a los nuevos modelos familiares, los nuevos modelos de convivencia al margen de la familia, el trabajo en casa, las nuevas tecnologías y los esquemas habitacionales con espacios compartidos. Las viviendas que esta normativa obliga a construir no solo obedecen al modo de vida de dos generaciones atrás, momento en que estas normas se redactaron; tampoco permiten la alteración de sus adjudicatarios para acomodar las viviendas a sus particulares circunstancias. La inflexibilidad de estas normativas obsoletas provoca que el Estado no esté en realidad subvencionando un espacio donde sus habitantes puedan desarrollar la vida que deseen. Lo que el Estado, por medio de estas viviendas, subvenciona es una determinada forma de vida. Esta tesis propone un modelo de vivienda que denomina ‘casa abierta’ porque está abierta a ser vivida tal y como sus ocupantes deseen y necesiten. La casa abierta es un espacio indeterminado que sus usuarios han de completar conceptualmente, y que pueden transformar con facilidad, cuantas veces deseen, según su propio criterio. Es un espacio lleno de potencialidades, un soporte definido solo a medias, a la espera que el usuario lo adapte a sus necesidades. El primer objetivo de la casa abierta es responder a los nuevos modos de vida. Es, pues, destino de algo que está pasando. Pero la casa abierta tiene también un segundo objetivo, tan importante como el primero: ayudar a desarrollar nuevos valores, ser origen de algo, desconocido aún, que ayude a enderezar el rumbo de nuestra ‘nave’. Esta tesis cree que cada nueva generación trae consigo nuevas capacidades que podrían ayudar a las anteriores a solventar sus problemas. Por ello defiende una educación que promueva la diversidad y la creatividad, evitando imponer valores caducos e incitando a los jóvenes a encontrar sus propias capacidades y desarrollarlas, no ya por su propio interés personal sino por la satisfacción de aportarlas al mundo. La casa abierta persigue objetivos similares. Su anhelo es proporcionar buenas herramientas y nuevos valores a sus ocupantes, y dejarles hacer. La casa abierta busca incitar a sus habitantes a desarrollar su creatividad sobre su propio hábitat, convirtiéndolos en co-creadores y, en consecuencia, responsables del mismo. La casa abierta es un espacio de libertad, donde sus ocupantes pueden desarrollar su diferencia, singularidad y diversidad, pudiendo crear un entorno que responda a sus criterios y su sensibilidad. La casa abierta es un lugar de experimentación donde replantear las convenciones sobre la casa, probando nuevas formas de convivencia y hábitat acordes con los nuevos modos de vida. La casa abierta busca también estimular el sentido comunitario de sus ocupantes, favoreciendo el contacto y la agrupación entre vecinos. Pero también desea contribuir a crear un modelo de desarrollo sostenible, respetuoso con el medio ambiente, los recursos del planeta y el futuro de las generaciones venideras. Para crear una casa abierta proponemos diez atributos: versatilidad, permeabilidad elasticidad, adaptabilidad, perfectibilidad, movilidad, sociabilidad, indeterminación, disgregación y sostenibilidad. Con ellos tratamos de establecer diversas cualidades a incorporar en los futuros proyectos de viviendas. A partir de estos diez atributos la tesis analiza cerca de 200 proyectos de vivienda de los últimos 90 años, donde el habitante es parte activa en su concepción o donde los ocupantes pueden transformar su vivienda, con facilidad, acomodándola a su modo de vida o a su estado de ánimo. Dentro de la historia de la arquitectura moderna existen grandes ejemplos de viviendas o proyectos que cumplen con algunos de los atributos propuestos. Muchos de los planteamientos de la ‘casa abierta’ tienen su origen en los años 20 del siglo pasado. Fueron desarrollados por los arquitectos de la primera generación del movimiento moderno, sobre todo Adolf Loos, Le Corbusier, Mies van der Rohe, Gerrit Rietveld, y Buckminster Fuller. El periodo más cercano a las ideas de la casa abierta es el comprendido entre 1955 y 1980, con el trabajo de la tercera generación de arquitectos del movimiento moderno. En estos años surgen grandes ejemplos de casas abiertas, se publican libros sobre la implicación de los habitantes en el diseño de sus casas y se convocan coloquios sobre la adaptabilidad de las viviendas. Entre los ejemplos construidos destacan las viviendas Il Rigo Quarter de Renzo Piano, el complejo residencial Genter Strasse en Munich de Otto Steidle, Doris y Ralph Thut, los apartamentos universitarios en Lovaina de Lucien Kroll y el inicio de las comunidades de cohousing en Dinamarca. La década de 1990 es también propensa a la casa abierta. Entre los ejemplos construidos podemos destacar las casas Latapie y Coutras de Lacaton y Vassal, la Residencia Yakult de Toshio Akimoto, las casas Naked y la Nine square grid de Shigeru Ban y los apartamentos Fukuoka de Steven Holl. En esta década, surgen las cooperativas de viviendas autopromocionadas en Centroeuropa, como la Sargfabrik de BKK-2 en Viena, y se produce el desembarco del cohousing danés en EEUU. Ya en el siglo XXI podemos destacar las viviendas sociales Quinta Monroy y la Colonia Lo Barnechea de Alejandro Aravena-Elemental, las 14 viviendas en Mulhouse de Lacaton y Vassal, las casas Glass Shutter y Metal Shutter de Shigeru Ban, la casa Moriyama de SANAA, el d21system de José Miguel Reyes González y la ETSAM, la propuesta Parasite para Amsterdam, de Maccreanor y Lavington, la Shinonome Canal Court de Tokio y muchos ejemplos de viviendas prefabricadas y móviles como la Micro Compact Home o la LoftCube.