Eleven-dimensional M Theory is conjectured to contain and unify quantum gravity and the rest of fundamental interactions. Despite its current lack of a precise formulation, hints and information about M Theory can be retrieved from its low energy limit, eleven-dimensional supergravity. In fact, this Thesis aims to make progress towards the understanding of M Theory by the study of eleven dimensional supergravity. Two important questions in M Theory yet to be solved are 1) how many supersymmetries can an M Theory background preserve and 2) what is the symmetry of M Theory. Both questions are addressed in this Thesis at the D=11 supergravity level.The former question can be studied for purely bosonic solutions by means of generalized holonomy, namely, the holonomy of the supersymmetric connection defining the supersymmetry variation of the gravitino. The role of generalized holonomy in this context is reviewed, and successive covariant derivatives of the curvature of the supersymmetry connection are shown to be necessary to properly define the generalized holonomy algebra.As for the later, the underlying gauge group structure of D=11 supergravity becomes manifest when its three-form field A_3 is expressed through a set of one-form gauge fields, associated with the generators of a family of enlarged supersymmetry algebras (which are fermionic extensions of the M Theory superalgebra). The problem can be tackled by trivializing a standard supersymmetry algebra Chevalley-Eilenberg four-cocycle (associated to dA_3) on the enlarged superalgebras. The family of trivializing superalgebras are related to osp(1|32) through "expansion", a method to obtain new Lie (super)algebras of increasing dimensions from given ones, that is also discussed.This analysis of the underlying gauge symmetry of D=11 supergravity leads naturally to enlarged supersymmetry algebras and superspaces making, thus, natural to consider actions for objects moving in such spaces. In particular, a string moving in tensorial space is discussed, describing the excitations of a state preserving 30 out of 32 supersymmetries (hence composed of two preons, hypothetical constituents of M Theory preserving 31 supersymmetries). A G-frame method is also discussed to study hypothetical preonic solutions of supergravity. / La Teoría M se postula como unificadora de la gravedad cuántica y el resto de interacciones fundamentales. Pese a carecer actualmente de formulación precisa, se puede obtener información sobre ella a partir de su límite de baja energía, la supergravedad once-dimensional. De hecho, esta Tesis pretende contribuir al progreso en el entendimiento de la Teoría M mediante el estudio de la supergravedad en D=11. Dos cuestiones importantes en Teoría M pendientes de resolver son 1) cuántas supersimetrías puede preservar una solución de Teoría M y 2) cuál es la simetría de la Teoría M. Se discuten estas cuestiones desde el punto de vista de la supergravedad en D=11.La primera cuestión se puede estudiar mediante la holonomía generalizada, es decir, la holonomía de la conexión supersimétrica que define la variación del gravitino bajo supersimetría. Se revisa el papel de la holonomía generalizada y se demuestra que las derivadas covariantes sucesivas de la curvatura de la conexión supersimétrica son necesarias para definir convenientemente el álgebra de holonomía generalizada.En cuanto a la segunda cuestión, el grupo de gauge subyacente a la supergravedad en D=11 queda al descubierto al expresar la tres-forma A_3 por medio de un conjunto de uno-formas de gauge asociadas a una familia de álgebras de supersimetría agrandadas. El problema se reduce a la trivialización sobre las álgebras agrandadas de un cuatro-cociclo (asociado a dA_3) del álgebra de supersimetría estándar. Las superálgebras de trivialización están relacionadas con osp(1|32) a través de cierta "expansión", un método, explicado en detalle, para obtener a partir de una (super)álgebras otras nuevas, de dimensiones crecientes. Este análisis conduce de forma natural a álgebras de supersimetría y superespacios agrandados, haciendo, pues, posible el planteamiento de acciones para objetos móviles en esos espacios. En particular, se discute una cuerda moviéndose en el espacio tensorial, que describe las excitaciones de un estado que preserva 30 supersimetrías de 32 (y compuesto, por tanto, de dos preones, los constituyentes hipotéticos de la Teoría M). También se discute un método de "G-frame" para el estudio de hipotéticas soluciones preónicas de supergravedad.

Desde el descubrimiento del agujero en la capa ozono sobre la región antártica, a principios de la década de los ochenta, la comunidad científica tomó conciencia del peligro que representa la reducción de los niveles de ozono por ser el principal atenuante de la radiación ultravioleta (UV) emitida por el Sol. En consecuencia se ha intensificado el estudio de la irradiancia solar en ese rango.El rango espectral que nos ocupa presenta especial relevancia por los efectos biológicos que desencadena. Uno de los efectos negativos más frecuentes en humanos es el cáncer de piel. Estudios epidemiológicos muestran que está estrechamente vinculado con ciertos hábitos sociales que promueven el bronceado como una imagen más saludable y atractiva.Con el propósito de estandarizar la repercusión de la irradiancia solar ultravioleta sobre el ser humano se ha definido el espectro de acción eritemático y el Índice Ultravioleta (UVI). El primer parámetro permite ponderar la irradiancia solar con la respuesta de la piel humana a la quemadura solar. El segundo es un parámetro creado con una finalidad divulgativa y de prevención que da cuenta de la irradiancia eritemática de un modo sencillo.La existencia de radiómetros de banda ancha que miden en el rango de la irradiancia eritemáticamente activa (UVER) permiten realizar medidas a la intemperie durante largos periodos de tiempo estableciendo redes de medida de esta magnitud, lo que hace posible establecer una climatología de radiación UVB y validar tanto medidas de satélite como modelos de predicción del Índice UV.En el año 2002 empezó a estar operativa una red de medida en la Comunidad Valenciana, dependiente de la Conselleria de Territori i Habitatge y diseñada por el Grupo de Investigación de Radiación Solar registrando datos de UVER y calculando el Índice UV experimental. Esta red realiza la predicción del Índice UV a 24 horas, mediante simulación con un modelo de transferencia radiativa. Esta información se ofrece al público en la página web diseñada para tal fin.Todos los estudios anteriores se centran en la irradiancia global en un plano horizontal. Sin embargo, la UVB y UVER en planos inclinados y a distintas orientaciones permiten hacer un análisis más realista de la incidencia sobre el hombre dada su verticalidad. Asimismo la componente difusa es determinante por su elevada contribución en ese rango. Con esta finalidad, se ha puesto en marcha una estación capaz de medir UVER difusa e inclinada en las cuatro orientaciones, en la terraza de la Facultat de Física de la Universitat de València.El objetivo general de este trabajo es la caracterización de la irradiancia UVER en el ámbito geográfico de la Comunidad Valenciana. Para llevarlo a cabo se han establecido algunos objetivos parciales como son en primer lugar el diseño, puesta a punto y análisis de los datos de la red de medida de UVB en la Comunidad Valenciana, lo que ha permitido caracterizar la irradiancia UVER y predecir el Índice UV en cinco ubicaciones del territorio de la Comunidad. Además estos resultados han sido comparados con los obtenidos en otras redes similares de ámbito nacional o autonómico.Como un paso adelante en dicha caracterización se ha optado por la mejora en la descripción direccional de la radiación ultravioleta mediante el diseño de sistemas experimentales que permiten la medida de la componente difusa y en planos inclinados de la UVER y a diferentes orientaciones. Para ello se ha diseñado una banda de sombra, se han estudiado sus posibles correcciones y se han empleado modelos de transferencia radiativa para validar los resultados tanto de los valores obtenidos para la componente difusa de la UVER como para la recibida sobre planos inclinados. / In the mid-80's, and due to public concern caused by the discovery of the ozone hole in the Southern Hemisphere, many atmospheric researchers and medical professionals recognised the need to introduce indexes for predicting the doses of ultraviolet radiation (UV) incident at ground level. Such indexes are aimed, ultimately, at informing public awareness, through the media, of the levels of ultraviolet radiation incident at ground level and its possible harmful effects. They constitute a simple way of expressing the intensity of UV in relation to its capacity to trigger certain biological processes.The main aim of this work is to characterize the erythemal radiation in Valencia region. In order to achieve this purpose a UVB network has been designed. UV Index forecast and erythemal irradiance are analysed in the five stations of the Valencian network. Futhermore, the results have been compared with other similar data networks.The measurement of erythemal irradiance incident on a horizontal surface is not always the most suitable method for estimating the real dosage received by human beings. For this reason, knowledge of the irradiance incident on inclined surfaces can be important for dosimetric studies. On the other hand, diffuse irradiance is particularly important since as much as 50% of the UVB irradiance reaching the Earth's surface comes from the dispersion of solar radiation. For these purposes, a platform that could turn through 90º on its own axis for measuring erythemal irradiance on titled surfaces and a shadowband for measuring erythemal diffuse irradiance have been designed. The diffuse measurements have been corrected by several models adapted to this spectral range. Finally, radiative transfer models have been used to validate the experimental data on titled planes and the diffuse erythemal irradiance.

En esta Tesis se han estudiado las desintegraciones hadrónicas del leptón tau. Tras motivar que la Teoría Quiral de Resonancias era un marco adecuado para su estudio, ésta se ha aplicado en una serie de casos de interés. Con las desintegraciones   3  hemos completado el estudio de la hadronización de la corriente axial en desintegraciones a tres mesones del tau. Además, hemos calculado la anchura fuera de capa másica de la resonancia a1, que será empleada en gran número de estudios fenomenológicos posteriormente. Finalmente, hemos comprobado la corrección de nuestro tratamiento al describir con éxito los observables disponibles para estas desintegraciones. También hemos estudiado las desintegraciones   K K  realizando el primer estudio de hadronización de la corriente vectorial en este tipo de procesos. Hemos extendido el Lagrangiano de la teoría incluyendo el vértice VPPP y justificado el BR(  3 ). Nos hemos servido de relaciones de isospín entre el proceso considerado y la sección eficaz hadrónica correspondiente para fijar dos incógnitas y nuestro análisis se ha visto respaldado por los recientes datos de Belle, donde mejora drásticamente lo obtenido por la antigua versión del generador de MonteCarlo Tauola. Así hemos determinado la hadronización de la corriente vectorial por vez primera. También se han considerado las desintegraciones    y (e+ e-  ) confirmando los resultados obtenidos antes y permitiendo estimar dos nuevos parámetros de la Teoría. Además, hemos corroborado CVC. La contribución de partículas de espín cero a estos procesos debe todavía ser estudiada. Finalmente, hemos estudiado las desintegraciones radiativas con un mesón y un fotón. Hemos demostrado que no han sido descubiertas porque no se han buscado específicamente y enfatizamos su interés para tests de universalidad leptónica y, dado que son fondo en la búsqueda tau a mu gamma, para reducir la cota en estas búsquedas de violación de sabor leptónico. Los descubrimientos de esta Tesis han sido/están siendo incluidos en el generador Tauola, proporcionando así a la comunidad experimental una herramienta bien fundamentada teóricamente para estudiar estos procesos. / We have first motivated the interest of studying semileptonic decays of the tau lepton. Then, we have discussed how to consider them rigorously from a theoretical viewpoint and justified that Resonance Chiral Theory (RT) is a suitable framework to deal with these problems. We have studied tau to   3  decays. With our work we have completed the study of the hadronization of the axial-vector current in three-meson tau decays and provided a consistent scheme to treat both Green functions and related form factors. We hace computed within RT the off-shell a1 width, which is a capital result, since it will be usable in a number of subsequent phenomenological applications where this width intervenes. We have finally checked that the proposed formalism indeed works, because it offers a very accurate description of different experimental observables for these decays. Therefore, we have achieved our initial target: completing the description of hadronization of QCD currents in these processes. We have also studied tau decays into two-kaon one-pion systems. Thus, we have performed the first study of the hadronization of the vector current with more than two mesons involved. For this, we have extended the RT Lagrangian, including the interactions between a vector resonance and three pseudoscalars, which allowed to reproduce the   3  decay rate and analyze consistently the considered decays. We have used isospin relations to estimate two Lagrangian couplings which remained free. Recent Belle data on this hadronic tau decay confirm that our description is adequate at low energies and, in particular, improves substantially the old version of hadronization in the TAUOLA Monte Carlo Generator. This way, we are able to determine the hadronization structure of the vector current in these processes for the first time. We have also considered tau decays into eta pi pi states and (e+ e-  ). This study has allowed us to confirm the Lagrangian coupling values obtained before and fix two new ones. Additionally, it tested CVC successfully. Spin zero contributions to these decays containing eta particles should still be considered. Finally, we have studied one-meson radiative tau decays aiming to understand why they have not been discovered yet. We confirm that it is because the lack of a dedicated search by the experimental collaborations, since its branching ratio should be well above detection level. We insist they should search for them, for their intrinsic interest, because they test the goodness of photon detection at heavy-flavour-factories and for the tests of lepton universality of the weak current they provide. We have also found that the decay including a pion is a sizable source of background for the Lepton Flavour Violating decay tau to mu gamma which has been underestimated by an order of magnitude. Use of our results would allow an improvement of this size in the current bound. The findings of this Thesis have been/are being coded in the Monte Carlo event generator Tauola, providing thus the experimental community with a theory-based tool to analyze these decays.

The term III-N nanowire (NW) will refer throughout this work to the free-standing nanowires made of group-III-nitrides semiconductors, namely InN, GaN and AlN. These nanostructures have a large length/diameter ratio, of the order of 100 (sev- eral micrometers versus tenths of nanometers). The term free-standing highlights the fact that the NWs are not embedded in another material. The improvement of the epitaxial techniques, and in particular, those based on III-N semiconductors, has lead an important part of the Solid State Physics community to concentrate the attention in the last years towards a better understanding of the physical properties of those NWs. Nanowires present several di erences with respect to the still widely investi- gated two-dimensional layers and the zero-dimensional nanostructures (quantum dots). We would like to highlight the following: (i) Nanowires grow strain-free (except maybe at their base), and thus with a minimal presence of dislocations or defects along the main structure. This fact opens the possibility of growing high- quality materials with an important lattice mismatch with the substrate, contrary to the situation found in quantum dots or superlattices. (ii) Depending on the NW lateral dimensions, two types of NWs can be distinguished. When the diameter is larger than 20 nm, the electronic properties of the NWs can be considered as that of a bulk material, thus making them a suitable platform to study the bulk optical and transport properties, which can be hardly investigated in bulk samples (thin lms), that grow with a high density of defects, when there is a high lattice mismatch with the substrate. (iii) For NWs of smaller diameters (. 20 nm), on the other hand, the e ects of quantum con nement can lead to important changes in the optical and transport properties, which can open the possibility of tuning the NW properties by controlling their size. One can roughly classify the investigations on nanowires into three main re- search lines. The rst one concerns the fabrication, being the molecular beam epitaxy or/and the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) the two techniques that allow the growth of higher quality NWs. This research area is in 2 constant development, and is not limited only to the growth of pure compound NWs, but also alloy-based NWs, which extend the possibilities of allowing beyond those possible in standard bulk growth, or axially and radially structured NWs. New physical phenomena arise which must be tacked by the physical community, in particular the e ect of the surface in the optical and transport properties of the NWs. Another focus of research is based on applications to optoelectronics devices and photovoltaic cells. In particular, III-N NWs, as InN, GaN and AlN, have attracted a special interest of the scienti c community, due to the band gap engineering. InN has a band gap of 0.67 eV (1852 nm), in the infrared, whereas GaN and AlN have a band gap of 3.5 eV (355 nm) and 6.2 eV (200 nm), respec- tively, in the ultraviolet. This opens the possibility of covering the whole solar spectrum by an appropriate alloying. In this context, the theory and numerical simulations play a crucial role in the explanation of NWs properties and a better understanding of the observed phenomena. The predictions o ered by the theory can also drive the fabrication of new heterostructures and the design of devices. In this work, we have studied theoretically by using several models, the fundamental aspects of the electronic structure and optical properties of the III-N bulk semiconductors in the rst place, and have applied afterwards such models to the investigation of the III-N nanowires physical properties. / En esta tesis hemos estudiado las propiedades electrónicas y ópticas de los nanohilos de semiconductores III-V, es decir, de InN, GaN y AlN, referidos comúnmente en la literatura como nanohilos III-N o nanohilos de nitruros del grupo III. Estas estructuras se caracterizan por un longitud mucho más larga (en el orden de micrómetros) que su sección (en el orden de nanómetros). La alta calidad cristalina de estos nanohilos, alcanzada gracias al desarrollo de las técnicas de crecimiento como la epitaxia de haces moleculares, ha dado lugar a un interés creciente en la investigación de sus propiedades físicas, debido a su potencial uso en aplicaciones de optoelectrónica, como los diodos de emisión de luz (LED), diodos láser (LD), células solares, y el diseño de nuevos transistores. En concreto, los nanohilos de materiales InN, GaN y AlN revisten especial interés por sus variados gaps, del infrarrojo lejano (0.67 eV para el InN), pasando por el ultavioleta cercano (3.5 eV para el GaN), hasta el ultravioleta lejano (6.2 eV para el AlN), que combinados aproapiadamente pueden, por ejemplo, cubrir totalmente el espectro de energía del sol. En este contexto, el desarrollo de modelos teóricos que permitan la realización de simulaciones de las propiedades de nanohilos y que expliquen las propiedades físicas de dichas nanoestructuras, está más que justi cada. En este trabajo hemos empleado diferentes modelos teóricos con el n de estudiar las propiedades electr ónicas y ópticas de los nanohilos III-N, estudiando detalladamente los efectos del con namiento cuántico en sus propiedades, cuando las dimensiones de los nanohilos varían.

This work deals with the development and application of the Finite Point Method (FPM) to compressible aerodynamics problems. The research focuses mainly on investigating the capabilities of the meshless technique to address practical problems, one of the most outstanding issues in meshless methods. The FPM spatial approximation is studied firstly, with emphasis on aspects of the methodology that can be improved to increase its robustness and accuracy. Suitable ranges for setting the relevant approximation parameters and the performance likely to be attained in practice are determined. An automatic procedure to adjust the approximation parameters is also proposed to simplify the application of the method, reducing problem- and user-dependence without affecting the flexibility of the meshless technique. The discretization of the flow equations is carried out following wellestablished approaches, but drawing on the meshless character of the methodology. In order to meet the requirements of practical applications, the procedures are designed and implemented placing emphasis on robustness and efficiency (a simplification of the basic FPM technique is proposed to this end). The flow solver is based on an upwind spatial discretization of the convective fluxes (using the approximate Riemann solver of Roe) and an explicit time integration scheme. Two additional artificial diffusion schemes are also proposed to suit those cases of study in which computational cost is a major concern. The performance of the flow solver is evaluated in order to determine the potential of the meshless approach. The accuracy, computational cost and parallel scalability of the method are studied in comparison with a conventional FEM-based technique. Finally, practical applications and extensions of the flow solution scheme are presented. The examples provided are intended not only to show the capabilities of the FPM, but also to exploit meshless advantages. Automatic hadaptive procedures, moving domain and fluid-structure interaction problems, as well as a preliminary approach to solve high-Reynolds viscous flows, are a sample of the topics explored. All in all, the results obtained are satisfactorily accurate and competitive in terms of computational cost (if compared with a similar mesh-based implementation). This indicates that meshless advantages can be exploited with efficiency and constitutes a good starting point towards more challenging applications. / En este trabajo se aborda el desarrollo del Método de Puntos Finitos (MPF) y su aplicación a problemas de aerodinámica de flujos compresibles. El objetivo principal es investigar el potencial de la técnica sin malla para la solución de problemas prácticos, lo cual constituye una de las limitaciones más importantes de los métodos sin malla. En primer lugar se estudia la aproximación espacial en el MPF, haciendo hincapié en aquéllos aspectos que pueden ser mejorados para incrementar la robustez y exactitud de la metodología. Se determinan rangos adecuados para el ajuste de los parámetros de la aproximación y su comportamiento en situaciones prácticas. Se propone además un procedimiento de ajuste automático de estos parámetros a fin de simplificar la aplicación del método y reducir la dependencia de factores como el tipo de problema y la intervención del usuario, sin afectar la flexibilidad de la técnica sin malla. A continuación se aborda el esquema de solución de las ecuaciones del flujo. La discretización de las mismas se lleva a cabo siguiendo métodos estándar, pero aprovechando las características de la técnica sin malla. Con el objetivo de abordar problemas prácticos, se pone énfasis en la robustez y eficiencia de la implementación numérica (se propone además una simplificación del procedimiento de solución). El comportamiento del esquema se estudia en detalle para evaluar su potencial y se analiza su exactitud, coste computacional y escalabilidad, todo ello en comparación con un método convencional basado en Elementos Finitos. Finalmente se presentan distintas aplicaciones y extensiones de la metodología desarrollada. Los ejemplos numéricos pretenden demostrar las capacidades del método y también aprovechar las ventajas de la metodología sin malla en áreas en que la misma puede ser de especial interés. Los problemas tratados incluyen, entre otras características, el refinamiento automático de la discretización, la presencia de fronteras móviles e interacción fluido-estructura, como así también una aplicación preliminar a flujos compresibles de alto número de Reynolds. Los resultados obtenidos muestran una exactitud satisfactoria. Además, en comparación con una técnica similar basada en Elementos Finitos, demuestran ser competitivos en términos del coste computacional. Esto indica que las ventajas de la metodología sin malla pueden ser explotadas con eficiencia, lo cual constituye un buen punto de partida para el desarrollo de ulteriores aplicaciones.

Mesoscale eddies are relatively small structures that dominate the ocean variability and have large impact on large scale circulation, heat fluxes and biological processes.In the western Mediterranean Sea, a high number of eddies has been observed and studied in the past with in-situ observations. Yet, a systematic characterization of these eddies is still lacking due to the small scales involved in these processes in this region where the Rossby deformation radius that characterizes the horizontal scales of the eddies is small (10-15 km). The objective of this thesis is to perform a characterization of mesoscale eddies in the western Mediterranean. For this purpose, we propose to develop tools to study the fine scales of the basin. First, we develop an eddy resolving simulation of the region for the last 20 years. This simulation shows that existing altimetry maps underestimate the mesoscale signal. Therefore, we attempt to improve existing satellite altimetry products to better resolve mesoscale eddies. We show that this improvement is possible but at the cost of the homogeneity of the fields; the resolution can only be improved at times and locations where altimetric observations are densely distributed. In a second part, we apply three different eddy detection and tracking methods to extract eddy characteristics from the outputs of the high-resolution simulation, a coarser simulation and altimetry maps. The results allow the determination of some characteristics of the detected eddies. The size of the eddies can greatly vary but is around 25-30 km. About 30 eddies are detected per day in the region with a very heterogeneous spatial distribution. Unlike other areas of the open ocean, they are mainly advected by currents of the region. Eddies can be separated according to their lifespan. Long-lived eddies are larger in amplitude and scale and have a seasonal cycle with a peak in late summer, while short-lived eddies are smaller and more present in winter. The penetration depth of detected eddies has also a large variance but the mean depth is around 300 meters. Anticyclones extend deeper in the water column and have a more conic shape than cyclones.

La tecnologia solar i fotovoltaica ha experimentat un important creixement durant els últims anys, i es preveu que sigui una de les principals fonts d'energia en un futur proper. Aquest creixement està relacionat amb una reducció significativa dels costos de producció i fabricació, així com amb una important evolució dels dispositius fotovoltaics que ha originat un increment en l'eficiència de les actuals cèl·lules solars. En el context del desenvolupament de nous dispositius fotovoltaics, la caracterització de materials es considera una tasca determinant. Així, tenint en compte que els dispositius fotovoltaics evolucionen cap a sistemes més prims i estructures més petites, les tècniques de caracterització d'alta resolució representen un paper rellevant en l'evolució i desenvolupament de la tecnologia solar i fotovoltaica. En el present treball, s’utilitzen diferents tècniques de caracterització d'alta resolució per estudiar determinades característiques de dispositius solars basats en silici cristal·lí. Entre les tècniques utilitzades trobem la microscòpia per sonda kelvin, l’espectroscòpia Raman i l’espectroscòpia de fotoluminescència. En concret, el treball es centra fonamentalment en l'estudi de capes de passivació superficial, així com en l'estudi de contactes elèctrics locals processats mitjançant tecnologia làser. L'elevada resolució de les tècniques de caracterització utilitzades en aquest treball ens permet accedir a informació única i exclusiva sobre certes propietats dels sistemes i materials estudiats. D'aquesta manera, la informació obtinguda representa la base per optimitzar i millorar els dispositius fotovoltaics actuals. En la part final del treball, les mateixes tècniques experimentals s'utilitzen per estudiar l'ordenament molecular de diferents capes orgàniques utilitzades en dispositius fotovoltaics d’última generació. Els sistemes fotovoltaics orgànics mostren atractives propietats com flexibilitat i baix cost, les quals posicionen a aquests sistemes com possibles candidats per un ampli ventall de noves aplicacions. Amb aquest últim estudi es vol demostrar la versatilitat i potencial de les tècniques experimentals utilitzades en aquest treball per a l'estudi de materials i dispositius fotovoltaics. / Photovoltaic (PV) technology has experienced a tremendous growth during recent years, and PV energy is expected to be one of the main energy sources in the future. This growth has been induced by a drastic reduction of production costs, and an important evolution of solar cell technology that has lead to an increase of solar cells efficiency. In the context of device evolution, material and device characterization becomes an important task to further explore novel PV systems and architectures. Since ultimate PV technologies progressively move towards thinner devices and smaller structures, characterization techniques with high spatial resolution play an important role for the further technological development of the PV field. In this work, we apply different high-resolution advanced characterization techniques such as Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), micro-Raman and micro-Photoluminescence (PL) to carry out a comprehensive study of crystalline silicon (c-Si) PV devices. In particular, the work is focused on the analysis of rear surface passivation layers and local base contacts processed by laser, which are key features of ultimate c-Si PV architectures. The high-resolution capabilities of such experimental techniques allow obtaining unique and exclusive information about material properties and device operation. In this sense, the obtained information represents the foundations to improve and optimize the current PV devices and technology. In the final part of the work, we apply the same experimental techniques to study the molecular distribution across organic PV (OPV) thin films. OPV systems show attractive properties like low cost and flexibility, which make them suitable candidates for a broad range of novel application possibilities. With this last study we intend to demonstrate the versatility and applicability of the used characterization techniques for studying a wide range of PV materials and devices.

Aquesta tesi presenta la caracterització d’un disseny de detector pxel de CdTe per aplicació en imatge en medicina nuclear. El treball d’aquesta tesi s’ha portat a terme en el marc del projecte Voxel Imaging PET (VIP) Pathnder. El projecte VIP es un projecte ambiciós que pretén provar la viabilitat d’utilitzar detectors pixel·lats de CdTe en imatge en medicina nuclear. El disseny proposat és el mòdul VIP, que consta de blocs de CdTe de 10 mm 10 mm de superfcie i 2 mm de gruix, que estan segmentats en pxels de 1 mm 1 mm. Cada diode de CdTe és llegit pel VIP-PIX, un xip desenvolupat pel projecte VIP i que ofereix una lectura intelligent i independent per píxel i proporciona la mesura en energia i en temps per cada detecció. El treball presentat en aquesta tesi és la caracterització del rendiment de tres experiments per validar el comportament del mòdul VIP. En primer lloc s’ha realitzat la mesura de la resolució en energia i la resolució en coincidència temporal per un detector coplanar de 2 mm de gruix. En segon lloc, s’ha mesurat el charge sharing entre píxels. Per a aquest propòsit, s’ha utilitzat un experiment amb un diode de CdTe llegit per xip VATAGP7.1. L’efecte del charge sharing en la resolució en energia dels píxels també s’ha estudiat. Finalment, s’ha evaluat el rendiment d’un diode de CdTe llegit pel xip VIP-PIX. El rendiment dels circuits electrònics del VIP-PIX s’han caracteriztat i s’ha mesurat la resolució en energia dels píxels de CdTe Aquesta tesi consta de 7 capítols. El capítol 1 parla de la física en la detecció de radiació, especialment centrada en la detecció gamma. El capítol 2 parla de la medicina nuclear, les tècniques utilitzades i els escàners més novedosos emprats en aquest àmbit. El capítol 3 parla del projecte VIP, mostra els detalls del disseny VIP, els objectius aconseguits ns al moment i els objectius a assolir per al nal del projecte. Els capítols 4, 5, i 6 mostren cadascuna de les tres etapes dels experiments realitzats durant la tesi. El capítol 4 mostra les mesures de resolució en energia i coincidència en temps de detecció d’un detector amb un únic píxel de 2 mm de gruix. El capítol 5 mostra les mesures de charge sharing per un detector amb píxels de 2 mm 1 mm i el seu efecte en la resolució en energia. El capítol 6 mostra la mesura de resolució en energia per un detector de CdTe pixel·lat llegit pel xip VIP-PIX, que té píxels de 1 mm 1 mm. El capítol 7 presenta les conclusions assolides amb els tres anàlisis i els posa en el context del camp de deteccio de radiacions per a imatge mèdica. / This thesis presents the characterization of a pixel CdTe detector design for application in nuclear medicine imaging. The thesis work has been carried out within the framework of the Voxel Imaging PET (VIP) Pathfinder project. The VIP project is an ambitious project that aims to prove the feasibility of using pixelated CdTe detectors in nuclear medicine imaging. The proposed design is the VIP module, which consists of slabs of CdTe of 10 mm x 10 mm surface and 2 mm thickness, which are segmented into pixels of 1 mm x 1 mm. Each CdTe diode is readout by the VIP-PIX, an ASIC developed by the VIP project which others smart readout per pixel and provides the energy measurement and the timestamp for each detection. The work presented in this thesis is the characterization of the performance of three different setups to validate the behavior of the VIP module. One of the steps consists of the measurement of the energy resolution and the coincidence time resolution for a CdTe coplanar detector of 2 mm thickness. In the second step the charge sharing between pixels has been measured. A setup with a CdTe diode readout by the VATAGP7.1 has been used. The e ect of the charge sharing on the energy resolution of the pixels has been studied as well. Finally, the performance of a CdTe diode readout by a VIP-PIX ASIC has been evaluated. The performance of the VIP-PIX electronics has been characterized and the energy resolution of the CdTe pixels has been measured. The thesis consists of 7 chapters. Chapter 1 is about the physics behind radiation detection, especially focused on gamma detection. Chapter 2 is about nuclear medicine, the techniques used and the state-of-the-art of nuclear medicine scanner devices. Chapter 3 is about the VIP project, it shows the details of the VIP design, the goals achieved so far, and the targets for the end of the project. Chapters 4, 5, and 6 show each of the three stages of experiments carried out in the thesis. Chapter 4 shows the energy resolution and coincidence time resolution of a single pixel detector with 2 mm thickness. Chapter 5 shows the measurement of charge sharing for a pixel detector with pixels of 2 mm x 1 mm and its effect on the energy resolution. Chapter 6 shows the measurement of the energy resolution for a pixelated CdTe diode readout by the VIP-PIX ASIC, which has pixels of 1 mm x 1 mm. Chapter 7 presents the conclusions achieved with the three analyses and puts them in the context of the radiation detection science for medical imaging.

El interés y la originalidad del trabajo científico de esta tesis se centra en el crecimiento cristalino, el análisis composicional, estructural, morfológico y óptico de la fase monoclínica de los tungstatos dobles que responden a la fórmula K(RE3+)(WO4)2, donde RE3+ denota iones como Y3+, Gd3+, Yb3+, Er3+ y Lu3+. Estos materiales cristalinos se han estudiado sin dopar y dopados con iones Yb3+ y Er3+ para la generación de radiación láser. La obtención de la fase monoclínica de estos tungstatos dobles se ha realizado mediante el método de crecimiento a partir de solución a alta temperatura Top-Seeded Solution Growth (TSSG) utilizando como solvente el pirotungstato de potasio, K2W2O7, debido a las ventajas que ofrece respecto otros solventes. Se han obtenido monocristales con una muy buena calidad óptica y de tamaño adecuado para su posterior caracterización tanto química como física. La caracterización óptica de estos materiales ha sido la parte más extendida en el trabajo y se ha centrado, por una parte, en la matriz (tungstatos dobles sin dopar) y por otra parte en los iones activos generadores de radiación láser. En cuanto a la matriz se ha llevado a cabo la determinación del rango espectral de transparencia óptica (el cual se extiende entre 0.32 y 5.4 micrómetros), la orientación de los ejes principales ópticos respecto a los ejes cristalográficos y en la medida de los índices de refracción a lo largo de las tres direcciones principales ópticas y para un rango de longitudes de onda que se extiende desde los 450 nm hasta los 1500 nm (índice de refracción alrededor de 2).Por otra parte la caracterización óptica de los iones activos se ha centrado en la espectroscopia del yterbio y del erbio y en los experimentos de laseado realizados sobre los iones yterbio. La espectroscopia concierne, en primer lugar, a la absorción óptica polarizada de los dos iones a temperatura ambiente y a temperaturas criogénicas, 6 K (es destacable el valor del coeficiente de absorción del yterbio, que deriva en una longitud de absorción de tansolo 13.3 micrómetros para el caso del KYb(WO4)2 y en una elevada sección eficaz de emisión del orden de 14x10-20 cm2 a una longitud de onda de 980 nm para la polarización etiquetada como Nm). Dicha longitud de absorción permite pensar en la posibilidad de láseres de disco fino (Thin disk lasers) y guías de onda, y debido a la elevada sección eficaz de absorción, se ha utilizado este ión como sensibilizador de las emisiones del erbio. Además, el rango de longitudes de onda de absorción del yterbio permite la posibilidad de excitación mediante diodo con las ventajas que ello supone. En segundo lugar, la espectroscopia concierne a la luminiscencia de dichos iones desde el punto de vista de la emisión óptica también a temperatura ambiente y bajas temperaturas y a la medida de vidas medias. La emisión del yterbio también destaca por su anchura de las líneas de emisión, muy interesantes para la generación de láser pulsados en régimen de pico- y femtosegundos. Las emisiones del erbio que se han estudiado con mayor profundidad han sido las emisiones con máximo de intensidad a 1530 nm y a 550 nm.La generación de radiación láser a partir de iones yterbio se ha realizado en modo continuo para el caso de KLu(WO4)2 dopado con yterbio y en modo pulsado (Quasi-CW) para el caso en que el ión activo no está presente en cantidades dopantes en la estructura sino substituyendo totalmente a la tierra rara (RE), el KYb(WO4)2. La excitación del yterbio se ha realizado mediante un láser de titanio-zafiro y mediante diodo. / The interest and originality of the scientific work of this thesis focuse on the crystal growth, the compositional, structural, morphologycal and optical analysis of the monoclinic phase of the double tungstates K(RE3+)(WO4)2, where RE3+ denotes ions like Y3+, Gd3+, Yb3+, Er3+ and Lu3+. These crystalline materials have been studied without doping and doped with Yb3+ and Er3+ ions for the generation of laser radiation. The obtention of the monoclinic phase of these double tungstates has been realized by means of the Top-Seeded Solution Growth (TSSG) method using the potassium pyrotungstate, K2W2O7, as solvent. This was due to the advantages that it offers in front of other solvents. Single crystals with very high optical quality and suitable size for later chemical and physical characterizations have been obtained. The optical characterization of these materials has been the most extended part of this work and focused, on the one hand, on the host (double tungstates without doping) and, on the other hand, on the active ions. Concerning the host, the determination of the optical spectral range of transparency (that extends from 0.32 to 5.1 micrometers), the orientation of the principal optical axes with respect to the crystallographic axes and the measurement of the refractive indices along the three principal optical directions and for a wavelength range from 450 nm to 1500 nm (refractive index around 2) have been determined.On the other hand, the optical characterization of the active ions focused on the ytterbium and erbium spectroscopy and the laser experiments realized on ytterbium ions. The spectroscopy concerns, in first place, in the polarized optical absorption of the two ions at room temperature and cryogenic temperature, 6 K (it is remarkable the absorption coefficient of ytterbium, that derived in an absorption length of only 13.3 micrometers for the case of KYb(WO4)2, and in a very high absorption cross-section of 14x10-20 cm2 at 980 nm for the polarization labelled Nm). This absorption length allows think in the possibility of Thin-Disk laser designs and waveguides, and due to the high absorption cross-section, this ion has been used as sensitizer of the erbium emissions. Moreover, the range of absorption wavelength for ytterbium allows the possibility of exciting by means of diode. In second place, the spectroscopy involved the luminescence of these ions under the point of view of the optical emission also at room temperature and low temperature and the measurement of the lifetime. The emission of ytterbium is interesting also for the broadening of the emission lines, that is very interesting for the generation of laser pulses in the pico- and femtosecond regimes. The erbium emissions that have been studied deeper have been the 1530 and 550 nm emissions.The generation of laser radiation from ytterbium ions has been realized in continuous-wave mode for the case of KLu(WO4)2 doped with ytterbium and in pulsed mode (Quasi-CW) for the case of KYb(WO4)2. Ytterbium ions have been excited by means of a Titanium-Sapphire laser and a diode.

Esta tesis presenta el desarrollo y la fabricación de pilas de combustibles microfluídicas para aplicaciones portátiles de baja potencia. En concreto, pilas biológicas que utilizan las enzimas en la degradación de la glucosa. El trabajo está dividido en dos secciones dependiendo de si los dispositivos fabricados son activos, es decir, los reactivos son suministrados a la micropila por bombeo (Capítulo 2 y 3). O si por el contrario los reactivos fluyen sin necesidad de mecanismos externos los dispositivos serán pasivos (Capítulo 4 y 5). En el primer capítulo de la tesis se ha llevado a cabo la primera aproximación en el desarrollo de micro pilas de combustible glucosa/O2 con el objetivo de hacer posible las primeras medidas electroquímicas con enzimas. La pila microfluídica fue construida sobre un sustrato de vidrio en el cual se grabaron electrodos de oro mediante técnicas de microfabricación. Por otro lado, se utilizó fotolitografía suave para la fabricación de los canales (con forma de Y) en PDMS. Esta forma de canal permitió fluir dos soluciones en paralelo usando una bomba de jeringa. Como primera aproximación, las enzimas se encontraban fluyendo de manera continua a través del canal. Eso provocaba experimentos caros y dificultaba su posible aplicación portátil. De este modo, el siguiente aspecto en abordarse fue la inmovilización de los biocatalizadores sobre los electrodos de la micro pila. El Capítulo 2 presenta la fabricación de una pila de combustible que posee los biocatalizadores inmovilizados en la superficie de los electrodos lo cual hace que los biocatalizores sean aprovechados más eficientemente que en la anterior pila. Los electrodos se han fabricado utilizando resina pirolizada y se han usado por primera vez con éxito en pilas microfluídicas enzimáticas de este tipo. La pila está compuesta por diferentes capas de material plástico laminado que han sido cortadas usando un plotter de corte. Esto hace que la fabricación del dispositivo sea rápida, barata y compatible con la manufacturación a gran escala. El canal microfluídico se ha definido también sobre este tipo de material plástico, evitando el largo proceso litográfico relacionado con el PDMS. Por otro lado, el canal (en forma de Y) permite optimizar la potencia que obtenemos de la pila cuando bombeamos dos soluciones diferentes. Por otro lado, el dispositivo necesita ser simplificado para finalmente obtener una fuente de energía portátil. Con este objetivo se abordó la siguiente fase de la tesis. El Capítulo 4 describe la fabricación de una pila microfluídica implementada utilizando sustratos de papel a través de los cuales fluyen los reactivos (de manera pasiva) por efecto capilar. Los componentes de la pila se cortaron utilizando un plotter de corte, lo que permitía fabricar dispositivos con mucha rapidez. Se probó el buen funcionamiento de una pila de combustible de papel y enzimática obteniendo valores de potencia similares a los presentados en el Capítulo 3 (donde las soluciones eran bombeadas). A partir de aquí el trabajo se centró en aproximar la pila de papel a la simplicidad de los test de flujo lateral. Así que la micro pila fue adaptada y operada con éxito usando una única solución, generando energía de una bebida comercial. El Capítulo 5 presenta una micropila de combustible fabricada en papel mucho más sofisticada y pequeña que la del capítulo anterior. Se probó satisfactoriamente una nueva combinación de biocatalizadores que permitió trabajar utilizando muestras a pH neutro. Además, el tamaño compacto del sistema abrió la posibilidad de operar la pila de combustible con fluidos fisiológicos como por ejemplo la sangre. Finalmente, se ha demostrado que es posible tener una pila preparada para alimentar dispositivos que requieran poca demanda de energía. Sin embargo, todavía se deben hacer esfuerzos para acercar esta pila a un mundo real, debido principalmente a que el tiempo de vida de las enzimas es todavía limitado. / This thesis presents the development and fabrication of microfluidic fuel cells for low power and portable applications. Specifically, biological fuel cells that use enzymes for glucose degradation. This work is divided in two sections depending on whether the fabricated devices are active, i. e. the reagents are supplied into the micro fuel cell by pumping (Chapters 2 and 3). If, on the contrary, the reagents flow without needing external mechanisms they are passive devices (Chapters 4 and 5). In the first chapter of the thesis the first approach in the development of glucose/O2 micro fuel cells was conducted in order to allow for the initial electrochemical measurements with enzymes. The microfluidic fuel cell was fabricated using a glass substrate in which gold electrodes were impressed using microfabrication techniques. On the other hand, soft lithography was used to fabricate the Y-shaped PDMS channels. This channel shape enabled to flow two solutions in parallel using a syringe pump. The enzymes were continuously flowing through the channel causing expensive experiments in addition to hindering its possible portable application. Thereby, the biocatalysts immobilization on the electrodes was next addressed in this thesis. Chapter 2 presents the fabrication of a micro fuel cell with enzymes trapped on the electrode surfaces which lead to an effective use of the biocatalysts. The electrodes were fabricated using pyrolyzed resists and were successfully used for the first time in enzymatic microfluidic fuel cells of this kind. The fuel cell was formed by different layers of plastic laminated materials cut using a cutter plotter. This promotes a fast and inexpensive device fabrication which is compatible with large scale manufacturing. The microfluidic channel was also defined on this type of plastic materials, thus avoiding the long lithographic process related to the PDMS. Moreover, this Y-shaped channel allows to optimize the power obtained from the fuel cell when two different solution are pumped into the system. Therefore, the following aspect to be addressed was the biocatalyst immobilization over the electrodes of the micro fuel cell Chapter 4 describes the construction of a microfluidic fuel cell fabricated using paper substrates. The reagents flow through this paper (in a passive way) by capillary action. The fuel cell components were cut using a cutting plotter which allows fabricating devices much faster. The proper functioning of this paper-based microfluidic fuel cell was verified obtaining similar power values to those presented in Chapter 3 (were solution were pumped). From here, the work focused on bringing the paper fuel cell closer to the simplicity of lateral flow tests. The fuel cell was then adapted and successfully operated using a single solution, generating energy from a commercial drink. Chapter 5 presents a microfluidic paper-based fuel cell smaller and more sophisticated than the one presented in previous chapter. A new combination of enzyme was tested which allowed to work with samples at neutral pH. Additionally, the compact size of the system opened the possibility to operate the paper fuel cell with physiological fluids, such as blood. Finally, it was demonstrated that was possible to have a fuel cell ready to fed devices demanding low energy. However, more efforts have to be done in the field to approach this fuel cell to a real world mainly due to the still limited lifetime of the enzymes.