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Title: Desarrollo de películas conductoras de nanotubos de carbono sinterizados por manufactura avanzada para celdas solares
Authors: Briceño Castillo, Daniela Alejandra
Castillo Orozco, Eduardo Adán, Director
Keywords: Nanotubos de carbono
Manufactura avanzada
Sinterizado láser
Doctor blade
Celdas solares
Issue Date: 2025
Publisher: ESPOL.FIMCP
Citation: Briceño Castillo D.A. (2025) Desarrollo de películas conductoras de nanotubos de carbono sinterizados por manufactura avanzada para celdas solares {Proyecto Integrador] Escuela Superior Politécnica del Litoral. Guayaquil, 78 páginas
Abstract: This research focuses on the development of single-walled carbon nanotube (SWCNT) conductive films through advanced manufacturing for solar cells. This work aims to analyze SWCNT conductive tracks deposited on silicon wafers via doctor blade deposition and localized CO2 laser sintering, evaluating its morphology, structure, and electrical behavior. The need to reduce thermal stress in photovoltaic devices is justified under the hypothesis that selective sintering optimizes inter-tubular connectivity without degrading the substrate. During the development, a thixotropic aqueous paste was synthesized and deposited via doctor blade technique onto wafers with an Ethyl Vinyl Acetate (EVA) mask. Subsequently, thermal sintering was executed using a CO2 laser under specific operating conditions that were calculated through a simplified thermal model. The results demonstrated that one optimum condition occurs at a sintering temperature of 119.5°C, allowing for an effective removal of the dispersing agents and promoting the formation of “sintering necks” which was observed by scanning electron microscopy SEM. A sheet resistance of 44.8 Ω was obtained with a standard deviation of less than 5%, validating a stable ohmic response. The results demonstrate that laser sintering significantly reduces electrical resistivity while operating at much lower temperatures than conventional methods, providing important technical, energy, and environmental advantages. In addition, the development protocol strengthens local research capabilities in applied nanotechnology and contributes to the Sustainable Development Goals related to clean energy and sustainable manufacturing. Keywords: Advanced manufacturing, Thin films, Morphological characterization, Sheet resistance, Inter-tubular connectivity.
Description: La presente investigación se enfoca en el desarrollo de vías conductoras de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) mediante manufactura avanzada para celdas solares. El objetivo general es analizar el proceso de deposición por doctor blade y sinterizado localizado con un láser de CO2, evaluando su morfología, estructura y comportamiento eléctrico. Se justifica la necesidad de reducir el estrés térmico en dispositivos fotovoltaicos, bajo la hipótesis de que la sinterización selectiva optimiza la conectividad inter-tubular sin degradar el sustrato. Durante el desarrollo, se sintetizó una pasta acuosa tixotrópica y se depositó mediante la técnica de doctor blade sobre obleas de silicio empleando una máscara de Etil Vinil Acetato (EVA). Posteriormente, se ejecutó un sinterizado térmico utilizando un láser de CO2 bajo parámetros de operación calculados mediante modelado analítico transitorio. Los resultados demostraron que se obtiene un desempeño satisfactorio a una temperatura de sinterizado de 119.5 °C que permite la remoción eficaz de agentes dispersantes y promueve la formación de “cuellos de sinterizado”. Microscopia electrónica de barrido (SEM) es utilizada para la caracterización morfológica, mientras que medición de la resistividad eléctrica para medir el rendimiento de las vías. Se obtuvo una resistencia superficial de 44.8 Ω con una desviación estándar inferior al 5% validando una respuesta óhmica estable y homogénea. Los resultados demuestran que el sinterizado láser permite reducir significativamente la resistividad eléctrica y, por ende, mejorar la conductividad utilizando temperaturas mucho menores que los métodos convencionales, lo que se representa ventajas técnicas, energéticas y ambientales. Además, el protocolo desarrollado fortalece las capacidades locales de investigación en nanotecnología aplicada y contribuye a los Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con energía limpia y manufactura sostenible.
URI: http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68916
metadata.dc.identifier.codigoproyectointegrador: INGE-3131
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