Líneas de Investigación y Proyectos

Responsable Dr. Ricardo Marotti
Proyecto CSIC I+D 2010
Monto: $ 750000
Duración: Abril 2011 a Diciembre 2013

Resumen:
Se prepararán y caracterizarán materiales nanoestructurados con potenciales aplicaciones en dispositivos de conversión de energía. Los materiales nanoestructurados son materiales cuya estructura o composición se modifica en el orden de los nanómetros. Estas modificaciones permiten cambiar y controlar las propiedades físicas del material resultante, de forma que las propiedades de este último se modifican respecto a las del material de partida. Los materiales se prepararán por métodos electroquímicos o combinando técnicas electroquímicas con otras técnicas de crecimiento para controlar las dimensiones (a escala nanométrica) de la nanoestructura resultante. En todos los casos se tratará de técnicas simples y sin muchas exigencias de equipamiento, para adecuarlas a las disponibilidades existentes y facilitar cualquier implementación práctica de los resultados a ser obtenidos.
Posteriormente se caracterizará la estructura, morfología y composición de las muestras así preparadas, para finalizar estudiando las propiedades físicas de las mismas. Para las primeras se utilizarán las técnicas de Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Espectroscopía de Dispersión de Energía (EDS), respectivamente. El estudio se concentrará en las potenciales aplicaciones de estos materiales para conversión de energía, principalmente para celdas solares fotovoltaicas, pero también en superficies selectivas para colectores solares. Por esta razón se estudiarán las propiedades ópticas (Transmitancia, Fotoluminescencia, Reflectancia y Reflectancia Difusa) y eléctricas (medidas de resistividad eléctrica y fotoconductividad, respuesta fotovoltaica en celdas fotoelectroquímicas).
El estudio se concentrará en dos tipos de materiales: nanohilos (incluyendo nanotubos) semiconductores y estructuras compuestas. Entre los primeros se prepararán y estudiarán arreglos de nanohilos de semiconductores tales como silicio y óxido de zinc, o nanotubos de dióxido de titanio. Los mismos están siendo intensamente estudiados en el ámbito internacional porque permiten optimizar la recolección de fotones provenientes de la luz solar. Esto sucede porque la luz recorre la estructura transversalmente al flujo de portadores de carga eléctrica. Además, la dispersión de la luz por la morfología nanométrica del material aumenta la permanencia de la misma en la región absorbente. Los nanohilos pueden ser preparados utilizando moldes nanométricos (usualmente materiales con poros nanométricos que también pueden prepararse electroquímicamente) o por el crecimiento preferencial en la dirección del nanohilo. La deposición posterior de otros materiales (tales como CdS, CdSe, CuO2, es decir, otros semiconductores directos que absorban fuertemente la luz en la región visible del espectro) en las regiones libres entre los nanohilos, permite la preparación de materiales compuestos optimizados para la aplicación. Otros materiales compuestos (tales como materiales metalodieléctricos) pueden prepararse a través de los moldes nanoporosos mencionados anteriormente, que se usan como superficies selectivas para conversión de energía solar en energía térmica. Se explorarán las posibles aplicaciones de los mismos.
Todas estas actividades se llevarán adelante principalmente en las instalaciones del Grupo de Física del Estado Sólido del Instituto de Física de Ingeniería y por intermedio de las colaboraciones internacionales de dicho grupo. Se incorporarán estudiantes de grado, posgrado e investigadores jóvenes formándolos en las técnicas de preparación y caracterización de materiales para su desarrollo y aplicación.

Responsable Dr. Gonzalo Abal
Proyecto FSE/ANII 2009_1_10
Monto: U$S 99900
Duración: Octubre 2010 a Noviembre 2012

Resumen:
Se abordan tres aspectos interrelacionados vinculados con el desarrollo de la Energía Solar Térmica en el Uruguay: la construcción de un prototipo de colector concentrador, la utilización de nanotecnología para desarrollar superficies selectivas (absorbedoras) y avanzar en la generación de información de calidad sobre el recurso solar en el Uruguay.
La energía solar térmica es hoy, a nivel mundial, una alternativa viable para producir energía eléctrica. Para los niveles de radiación del Uruguay, la viabilidad de la misma dependerá de la tecnología utilizada, en particular de como se capta (concentra) la radiación solar y de como se convierte la energía térmica en energía eléctrica. Se propone aquí diseñar, construir y evaluar un prototipo de colector concentrador utilizando en su mayor parte tecnología disponible en el país.
Para trasformar eficientemente la radiación solar incidente en energía térmica es indispensable utilizar superficies selectivas. La característica fundamental de las mismas es capturar la radiación incidente, minimizando perdidas. Esto las hace un factor de gran relevancia para la explotación del recurso solar térmico. Proponemos desarrollar una metodología para diseñar, construir y caracterizar estas superficies, privilegiando alternativas de bajo costo, adaptándolas a las capacidades de la industria nacional.
Por otra parte, la explotación del potencial solar requiere de un conocimiento profundo del recurso. Uno de los mayores problemas a enfrentar, tanto por el investigador como por el posible inversor al considerar distintas alternativas de aprovechamiento de la energía solar, es la falta de información confiable y sistematizada sobre el recurso solar. Basándonos en experiencias previas, nos proponemos reforzar las redes de monitoreo en aquellas zonas donde es más factible la explotación del recurso solar.
Asimismo, se aplicarán en el país las técnicas de modelado del recurso solar usadas internacionalmente, para lograr un mejor conocimiento del recurso solar térmico en el territorio del Uruguay.

Responsable Dr. Ricardo Marotti
Proyecto CSIC I+D 2008
Monto: $ 500000
Duración: Marzo 2009 a Abril 2011

Resumen:
Se estudiarán las propiedades ópticas de nanomateriales o materiales nanoestructurados. Se trata de materiales cuya estructura se modifica en el orden de los nanómetros. Estas modificaciones permite cambiar y controlar las propiedades del material resultante, de una forma que las propiedades de este último se modifican respecto a las del material de partida. Los materiales se prepararán por métodos electroquímicos usando como moldes materiales nanoporosos o combinando diferentes técnicas de crecimiento para controlar las dimensiones de la nanoestructura resultante, a escala nanométrica. El estudio se concentrará en las modificaciones que aparezcan en las propiedades ópticas como efecto de la estructura nanométrica. Las propiedades ópticas permiten también analizar los cambios de otras propiedades físicas (ej: estructura electrónica). Previamente y para correlacionar entre estas modificaciones se caracterizarán las muestras por diferentes técnicas de estudio de materiales, tales como difracción de rayos X, microscopía electrónica, composición, etc. El estudio se concentrará en dos tipos de materiales principales: materiales semiconductores nanoestructurados y estructuras dieléctricas o metalodieléctricas compuestas. El tipo de geometría a utilizar puede dar lugar a la formación de nanohilos los cuales tienen potencial aplicación en diversos tipos de dispositivos electrónicos y/o fotónicos, incluyendo otras aplicaciones tales como sensores, celdas en general y/o materiales para conversión energética. Se explorarán las posibles aplicaciones de los mismos. Se incorporarán investigadores jóvenes formándolos en las técnicas de preparación y caracterización de materiales para su desarrollo y aplicación.

Responsable Dr. Ricardo Marotti
Proyecto CSIC I+D 2002
Monto: $ 500000
Duración: Marzo 2003 a Diciembre 2004

Resumen:
Se prepararán materiales semiconductores para Optoelectrónica y se estudiarán experimentalmente sus propiedades estructurales y ópticas. Las actividades complementarias a realizar en esa dirección son:

1. Crecimiento y Caracterización de Semiconductores Binarios de los Grupos II-VI, mediante deposición electroquímica, sobre diferentes sustratos opacos (por ej. titanio, cobre) y transparentes (vidrios con capas delgadas conductoras); para posteriormente depositarlos sobre sustratos semiconductores de silicio cristalino.
2. Preparación de Silicio Poroso por técnicas fotoquímicas. Se profundizará en el estudio de estas técnicas comparando los resultados con los métodos electroquímicos tradicionales, desarrollados y estudiados anteriormente. Es importante entender el proceso de formación de poros, para asegurar los resultados sean repetitivos.
3. Estudio de Estructuras Semiconductoras Compuestas creciendo semiconductores binarios II-VI (y sus aleaciones ternarias), sobre substratos de silicio poroso. Se prepararán sustratos de silicio poroso por métodos electroquímicos o fotoquímicos, depositando semiconductores II-VI en el interior de los poros del material resultante.

Se investigará la influencia del sustrato (dopaje, resistividad y diferentes orientaciones cristalinas) sobre los materiales resultantes; así como de los demás parámetros relevantes de cada proceso particular. Esta investigación es importante en el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos: celdas solares, dispositivos fotónicos (emisores de luz, cristales fotónicos) y su integración con tecnologías de dispositivos ya existentes. Esta integración no es inmediata por ser el silicio cristalino (semiconductor indirecto) un mal emisor de luz. Los resultados son de gran interés por las mejoras que esto conlleva en electrónica y en la emergente tecnología fotónica, y la influencia de las mismas en la sociedad.