Guía docente de Nanoestructuras para Generación y Almacenamiento de Energía (M44/56/2/18)

- Cálculo de estructura de bandas en nanoestructuras semiconductoras.

- Mecanismos de dispersión de los portadores.

- Transporte de carga en nanodispositivos electrónicos.

- Técnicas de simulación numérica y modelado compacto. Método de Monte Carlo.

- Herramientas y técnicas de caracterización eléctrica.

- Ruido en nanodispositivos electrónicos.

- Fundamentos de la interacción radiación-materia.

- Nanodispositivos detectores de luz: Fotodiodos y células solares.

- Nanodispositivos emisores de luz.

- Propiedades de puntos cuánticos, hilos cuánticos y nanotubos para aplicaciones energéticas.

- Generación: Células solares basadas en nanoestructuras, sistemas termoeléctricos, nanogeneradores piezoeléctricos.

- Almacenamiento: Modelado de electrodos nanoestructurados en baterías, supercondensadores y pilas de combustible.

El estudiante sabrá/comprenderá:

• Los fundamentos físicos de los nanodispositivos electrónicos y optoelectrónicos.

• Modelos físicos que describan el comportamiento de los nanodispositivos.

• Los mecanismos físicos fundamentales implicados en el proceso de generación y almacenamiento de energía en nanoestructuras.

El estudiante será capaz de:

• Manejar herramientas numéricas de simulación de nanodispositivos.

• Desarrollar modelos físicos que describan el comportamiento de los nanodispositivos.

• Aplicar los modelos físicos en simulaciones de dispositivos y sistemas.

Tema 1.- Introducción: Aplicaciones de la nanotecnología en energía. Una panorámica

Tema 2.- Propiedades de sistemas de baja dimensionalidad para aplicaciones en energía: puntos cuánticos, hilos cuánticos, nanotubos y grafeno.

Tema 3.- Células solares de tercera generación

• 3.1.- Células solares. Conceptos generales. Características de las diferentes generaciones
• 3.2.- Células solares orgánicas y de perovskita
• 3.3.- Células solares tandem y multiunión

Tema 4.- Células solares basadas en puntos cuánticos

• 4.1.- Matrices de puntos cuánticos para células solares. Sistemas de puntos cuánticos ordenados y desordenados.
• 4.2.- Células solares con puntos cuánticos coloidales
• 4.3.- Nanocompuestos con puntos cuánticos para dispositivos fotovoltaicos
• 4.4.- Generación multiexcitón. Incremento de la eficiencia.

Tema 5.- Nanoestructuras en sistemas termoeléctricos y piezoeléctricos

• 5.1.- Fundamentos de termoelectricidad. Ecuación de Transporte de Boltzmann. Formalismo de Landauer. 
• 5.2.- Coeficientes termoeléctricos: Seebeck, Peltier, conductividad eléctrica, conductividad térmica.
• 5.3.- Generadores termoeléctricos: batería termoeléctrica, refrigerador Peltier. Figura ZT
• 5.4.- Nanoestructuras para dispositivos termoeléctricos eficientes
• 5.5.- Nanogeneradores piezoeléctricos

Tema 6.- Nanoestructuras en sistemas de almacenamiento de energía.

• 6.1.- Fundamentos de electroquímica. El sistema metal-electrolito. Baterías y supercondensadores.
• 6.2.- Electrodos nanoestructurados. Nanopartículas, nanohilos y materiales bidimensionales en baterías y supercondensadores.

Prácticas de Laboratorio

- Simulación de diversas nanoestructuras mediante aplicaciones ubicadas en www.nanohub.org

- Simulación de un dispositivo termoeléctrico basado en grafeno

• A. Luque, S. Hedegus, “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering” 2ª Ed., Wiley, 2010

• J. Wu, Z.M. Wang (Eds), “Quantum Dot Solar Cells”, Springer, 2014

• T. S. Fisher. "Thermal Energy at the Nanoscale", World Scientific, 2013

• A. Bard,  L. R. Faulkner, H. S. White, "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications", 3rd Ed, Willey 2022

• D. Jena, "Quantum Physics of Semiconductor Materials and Devices", Oxford, 2022

• Artículos científicos seleccionados

• S. Priya, D.J. Inman (Eds), “Energy Harvesting Technologies”, Springer, 2009

• W.C. H. Choy (Ed), “Organic Solar Cells. Materials and Device Physics”, Springer, 2013

• X. Wang, Z.M. Wang (Eds), “Nanoscale Thermoelectrics”, Springer, 2014

• S. Datta, "Quantum Transport: Atom to Transistor", Cambridge University Press, Nueva York, 2005

• Artículos científicos seleccionados

www.nanohub.org

www.pveducation.org

Con objeto de evaluar la adquisición de los contenidos y competencias a desarrollar en la materia, se utilizará un sistema de evaluación diversificado y continuo, seleccionando las técnicas de evaluación más adecuadas en cada momento, que permita poner de manifiesto los diferentes conocimientos y capacidades adquiridos por el estudiante al cursar la asignatura. En particular se utilizarán las siguientes técnicas evaluativas :

• Realización de exámenes parciales o final sobre los contenidos de la asignatura y/o de las actividades de resolución de problemas propuestas por el profesor 25%.
• Seguimiento del trabajo de prácticas de los estudiantes. Evaluación de las entregas de los informes/memorias realizadas por los estudiantes 30%.
• Exposición oral y defensa en los seminarios de los trabajos realizados por el estudiantado de forma autónoma durante el curso sobre los contenidos de la materia 45%.

La calificación numérica global corresponderá a la puntuación ponderada de las calificaciones correspondientes a cada una de las partes. 

Todo lo relativo a la evaluación se regirá por la Normativa de evaluación y calificación de los estudiantes vigente en la Universidad de Granada.

La evaluación extraordinaria consistirá en tres pruebas correspondientes a los contenidos teóricos y prácticos de la asignatura. En particular consistirá en:

• Un único examen sobre la totalidad de los contenidos teóricos de la asignatura teniendo éste una valoración del 40% de la calificación global de la asignatura.
• Una sesión práctica de evaluación en la que se realizarán dos ejercicios de simulación relacionados con los contenidos de las prácticas con una valoración del 30% de la calificación global de la asignatura.
• La elaboración y exposición de un trabajo final de la materia sobre una temática fijada de antemano con una valoración de un 30 % de la calificación global de la asignatura.

Para aprobar la asignatura será imprescindible superar de forma independiente cada una de las partes con una calificación de al menos 5 sobre 10. La calificación numérica global corresponderá, en ese caso, a la puntuación ponderada de las calificaciones parciales. En caso de no superar independientemente cada una de las partes, la calificación obtenida será el resultado de multiplicar la mejor de estas calificaciones por un coeficiente 0.4.

Todo lo relativo a la evaluación se regirá por la Normativa de evaluación y calificación de los estudiantes vigente en la Universidad de Granada.

La evaluación única consistirá en dos pruebas correspondientes a los contenidos teóricos, por una parte, y prácticos, por otra, de la asignatura.

• Para la parte teórica se realizará un único examen sobre la totalidad de los contenidos teóricos de la asignatura, teniendo éste una valoración del 65% de la nota de la calificación global de la asignatura.
• Para la parte práctica se realizará un único examen en el que se realizarán dos ejercicios de simulación relacionados con los contenidos de las prácticas con una valoración de un 35 % de la calificación global de la asignatura.

Para aprobar la asignatura será imprescindible superar (obteniendo una calificación de al menos 5 sobre 10) de forma independiente las pruebas de la parte teórica y la parte práctica. La calificación numérica global corresponderá, en ese caso, a la media ponderada de las calificaciones correspondientes a la parte teórica y la parte práctica. En caso de no superar independientemente la parte teórica y la parte práctica, la calificación obtenida será el resultado de multiplicar la mejor de estas dos calificaciones por un coeficiente 0.4.

Todo lo relativo a la evaluación se regirá por la Normativa de evaluación y calificación de los estudiantes vigente en la Universidad de Granada.