Durante las últimas décadas, la energía solar fotovoltaica se ha convertido en una tecnología de creciente importancia para satisfacer las necesidades energéticas actuales sin sacrificar las futuras generaciones. Las células solares tradicionales basadas en silicio llevan asociados altos costes, tanto en materia prima como en su fabricación. Sin embargo, las tecnologías alternativas como las células solares orgánicas ofrecen prometedoras ventajas de bajo coste y fabricación, a expensas de inestabilidad química. Los nanocristales inorgánicos coloidales han atraído una creciente atención, debido a su combinación única de estabilidad química, aprovechamiento pancromático de la energía solar y procesado en disolución. No obstante, los semiconductores nanocristalinos más habituales generan dudas en cuanto a su aplicabilidad, debido a la presencia de metales pesados tóxicos (como el plomo y el cadmio). Además, muchos de estos materiales son tipo p y se usan junto con semiconductores de tipo n de "bandgap" ancho, que no contribuyen a la generación de fotocorriente. El campo de semiconductores nanocristalinos no tóxicos con niveles energéticos apropiados, alta absorción óptica y "bandgap" adecuado para el aprovechamiento de la energía solar aún está por explorar. El objetivo de esta tesis es investigar el potencial de los nanocristales de sulfuro de bismuto para ser empleados como nanomateriales no tóxicos tipo n para un aprovechamiento eficiente de la energía solar. En el Capítulo 2 se presenta un estudio detallado de las propiedades físico-químicas y electro-ópticas de los nanocristales de sulfuro de bismuto. Éstos son semiconductores tipo n y tienen unos niveles energéticos y "bandgap" apropiados para un aprovechamiento eficiente de la energía solar. Por tanto, los nanocristales de sulfuro de bismuto presentan el potencial para ser empleados como aceptores de electrones en células solares basadas en heterouniones con los mejores materiales investigados en la tercera generación fotovoltaica. Los nanocristales de sulfuro de bismuto se emplean en el Capítulo 3 como aceptores de electrones en células solares híbridas. Los materiales usados típicamente como aceptores de electrones así como los polímeros semiconductores no aprovechan la radiación infrarroja. Los nanocristales de sulfuro de bismuto pueden ser usados como materiales aceptores en células solares híbridas y así extender el rango de sensibilidad de las células solares basadas en P3HT a longitudes de onda en el rango del infrarrojo cercano. En el Capítulo 4 se investiga la nanomorfología y el rendimiento fotovoltaico de las células solares híbridas basadas en nanocristales de sulfuro de bismuto y polímeros semiconductores funcionalizados con tioles. Esta nueva clase de polímeros funcionalizados se enlaza a la superficie de los nanocristales de sulfuro de bismuto previniendo su aglomeración, así como presentan niveles de potencial de ionización más profundos y contribuyen a una mejor interacción electrónica entre el nanocompuesto orgánico-inorgánico. En el Capítulo 5, los nanocristales de sulfuro de bismuto se emplean conjuntamente con puntos cuánticos de sulfuro de plomo en dispositivos fotovoltaicos procesados en disolución basados en unión p-n totalmente inorgánicos. Este sistema abre la posibilidad de fabricar heterouniones tipo "bulk", una arquitectura menos limitada por el tiempo de vida de los portadores. De este modo, se puede explorar un rango más amplio de materiales inorgánicos nanocristalinos para dispositvos fotovoltaicos de tercera generación. / Photovoltaics has become a technology of increasing importance during the last decades as a platform to satisfy the energy needs of today without compromising future generations. Traditional silicon-based solar cells suffer from high material and fabrication costs. Alternative technologies such as organic photovoltaics offer promising low-cost material and processing advantages, however at the cost of chemical instability. Inorganic colloidal nanocrystals have attracted significant attention, due to the unique combination of chemical robustness, panchromatic solar harnessing and low-cost solution processability. However, the state-of-the-art nanocrystalline semiconductors raise some concerns regarding their suitability for industrial applications due to the presence of highly toxic heavy metals (such as lead or cadmium). Moreover, most of these materials are p-type, and are usually employed together with large bandgap n-type semiconductors that do not contribute to photocurrent generation. The field on non-toxic, electron-acceptor nanocrystalline semiconductors with appropriate energy levels, high optical absorption and bandgap suited to optimal solar harnessing still remains unexplored. The aim of this thesis is to investigate the potential of bismuth sulfide nanocrystals to be employed as environmental-friendly n-type nanomaterials for efficient solar harnessing. Chapter 2 presents an in-depth physicochemical and optoelectronic characterization of bismuth sulfide colloidal nanocrystals. Bismuth sulfide nanocrystals are n-type semiconductors and have the appropriate bandgap and energy levels for efficient solar harnessing. Therefore, bismuth sulfide nanocrystals have the potential to be employed as the electron accepting material in heterojunction-based solar cells with most high-performing materials investigated for third-generation photovoltaics. Bismuth sulfide nanocrystals are employed in Chapter 3 as electron accepting materials in hybrid organic-inorganic solar cells. Typical electron accepting materials and semiconducting polymers used in organic photovoltaics do not harness infrared radiation, thus limiting their solar harnessing potential. Bismuth sulfide nanocrystals can be used as electron accepting materials in hybrid organic-inorganic solar cells and extend the sensitivity range of P3HT-based solar cells into near-infrared wavelengths. Chapter 4 investigates the nanomorphology and photovoltaic performance of hybrid solar cells based on bismuth sulfide nanocrystals and thiol-functionalized semiconducting polymers. This novel class of functionalized polymers binds to the surface of bismuth sulfide nanocrystals, thus preventing nanocrystal agglomeration, shows deeper ionization potential levels and exhibits improved electronic interaction within the organic-inorganic nanocomposite. In Chapter 5, bismuth sulfide nanocrystals are employed together with lead sulfide quantum dots in p-n junction-based all-inorganic solution-processed photovoltaic devices. This system opens the possibility of fabricating all-inorganic solution-processed bulk heterojunctions, a device architecture where requirements on carrier lifetime are eased. This way, a broader range of inorganic nanocrystalline materials can be explored in the quest for novel non-toxic third-generation photovoltaics

In this study a new methodology of evaluation and design of light spectral composition for use in museums is presented. The hypothesis under this doctoral thesis is explained in three parts: a) it is factible to obtain a spectral reflectance curve that is representative of an artwork. b) lighting an artwork with a source which spectral emission curve matches the shape of the artwork's representative spectral reflectance curve (R.S.R.C) reduces the object's damage by lighting, that is a factor of absorbed radiation. c) the resulting visual stymulus ofthe interaction between the source's spectral emission curve (S.E.C.) and the artwork's representative spectral reflectance curve (R.S.R.C) allows for an adequate colour vision in the presentation. General objective of this study is to contribute to the fullfillment ofthe museum's mission in terms of its three aspects: presentation, conservation and efficiency. Specifical objective is to develop a methodology for illuminants selection and for spectral design of light sources composed of the following items: I) Methodology for aquisition of artwork's representative spectral reflectance curves (R.S.R.C.) II) Methodology for Illuminants selection and source spectral design for object conservation. lll) Methodology for illuminants selection and source spectral design for object presentation. A sample of artwork has been spectrally characteized, the amount and placement of spectral meassurements being enough to sufficiently describe the different sectors of the coloured surface of an artwork. Throughout a process of averaging and weighing spectral information from the different sectors of the coloured area, a representative spectral reflectance curve (R.S.R.C.) is obtained for each sample object. Using the sample objecrs representative spectral reflectance curves (R.S.R.C.) a methodology has been developed, for the design of source spectral emissions that are named MATCH and numbered after the reflectance curve from which their design derives. MATCH spectral power emissions have been obtained using the curve shape of a given R.S.R.C. that is endowed with a specific emission power. Designed source spectral power emissions and CIE illuminants have then been analyzed bycomparisson to sample objects'R.S.R.C.s which are to be lighted with them. With the aid of an ad-hoc method, a deteriorant factor has been assigned to each CIE illuminant and each designed emission (MATCH) for a given sample object. The deteriorating factor is based upon the amount of emission power that represents a specific risk of being absorbed by the object, thus producing radiation damage. Throughout this process a classification of designed emiss'ions and CIE illuminant emerges according to a the museum conservation criteria. CIE illuminants and MATCH designed emissions have also gone under an evaluation acording to the presentation aspectofthe museum mission. This results in a new classification of emissions thattakes into accountthe quality of potential colour vision, in terms of the CIE L*a*b* colour differences calculated for the colours present in an artwork sample under the lighting of a CIE illuminant or else a MATCH designed emission, compared to the same colours under the lighting ofthe CIE D65 illuminant,that is taken as reference. Results for all designed spectral emissions (MATCH 1-4) fafl within strict tolerance for CIE acceptability standards of colour differences. For both, conservation and presentation classifications, results have been experimentally validated.

This work evaluates the potential use of signals from the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) that scatter off the Earth surface for the retrieval of geophysical information from the cryosphere. For this purpose, the present study is based on data collected with a dedicated reflectometry GNSS receiver during two field campaigns, which were focused on two types of characteristic surfaces of the cryosphere: thin sea ice covers and thick dry snow accumulations. During the first experiment, the complete process of formation, evolution and melting of sea ice was monitorized for more than seven months in a bay located in Greenland. This type of ice is typically characterized by its thickness, concentration and roughness. Different observables from GNSS reflections are analyzed to try to infer these properties. The ice thickness is linked to the free-board level, defined as the height of the sea ice surface. Accurate phase altimetry is achieved, showing good agreement with an Arctic tide model. In addition, the long term results of ellipsoidal height retrievals are consistent with the evolution of the ice surface temperature product given by MODIS, which is a key parameter in the rate of growth of sea ice. On the other hand, the presence of salinity in the sea ice modifies its dielectric properties, resulting in different amplitude and phase for the co- and cross-polar components of the complex Fresnel coefficients. The polarimetric measurements obtained show good agreement with visual inspections of ice concentration from an Arctic weather station. Finally, the shape of the reflected signals and its phase dispersion are tested as potential signatures of surface roughness. For comparison, ice charts of the experimental area are employed. In particular, maximums in roughness given by the GNSS observables coincide with fast ice events. Fast ice is defined as ice anchored to the coast, where the tidal movements contribute to the development of strange patterns, cracks, and fissures on its surface, thus consistent with the GNSS-R roughness retrievals. The second experiment took place on Antarctica, monitoring a pristine snow area which is well-known for the calibration of remote sensing instruments. Due to the relative stability of the snow layers, the data acquisition was limited to ten continuous days. Interferometric beats were found after a first analysis of the amplitude from the collected signals, which were consistent with a multipath model where the reflector lies below the surface level. Motivated by these results, a forward model is developed that reconstructs the complex received signal as a sum of a finite number of reflections, coming from different snow layers (a snow density profile obtained from in-situ measurements). The interferometric information is then retrieved from the spectral analysis applied to time series from both real and modeled signals (lag-holograms). We find that the frequency bands predicted by the model are in general consistent with the data and the lag-holograms show repeatability for different days. Then, we attempt a proper inversion of the collected data to determine the dominant layers of the dry snow profile that contribute to L-band reflections, which are related to significant gradients of snow density/permittivity. / Aquest treball avalua el possible ús dels senyals dels sistemes mundials de navegació per satèl lit (GNSS) que es reflecteixen a la superfície terrestre, per a l’extracció de la informació geofísica de la criosfera. Amb aquest propòsit, el present estudi es basa en dades recollides amb un reflectòmetre GNSS durant dues campanyes experimentals, centrades en dos tipus de superfícies característiques de la criosfera: cobertes de gel marí i gruixudes acumulacions de neu seca. En el primer experiment, el procés complet de formació, evolució i fusió del gel marí va ser monitoritzat durant més de set mesos a una badia situada a Groenlàndia. Aquest tipus de gel es caracteritza típicament amb el seu gruix, concentració i rugositat. Diferents observables de les reflexions GNSS són analitzats per tractar de fer una estimació d’aquestes propietats. El gruix de gel està relacionat amb el nivell de francbord, que a la seva vegada està relacionat amb l’alçada de la superfície de gel marí. S’ha aconseguit altimetria de fase precisa, que mostra correlació amb un model de marea de l’Àrtic. A més, els resultats a llarg termini de l’alçada elipsoidal segueixen l’evolució de les mesures de temperatura de superfície de gel donades per MODIS. La temperatura és un paràmetre clau en el ritme de creixement del gel marí. Per altra banda, la presència de sal a aquest tipus de gel modifica les seves propietats dielèctriques, el que implica variacions d’amplitud i fase per als coeficients de Fresnel complexos amb polaritzacions oposades. Les mesures polarimètriques obtingudes mostren concordança amb els valors de concentració de gel obtinguts des d’una estació meteorològica propera. Finalment, la forma de la senyal reflectida i la dispersió de la seva fase s’evaluen com a potencials indicadors de la rugositat de superfície. Per a la seva comparació, es fan servir mapes del gel de la zona experimental. En concret, els valors màxims a la rugositat estimada a partir pels observables GNSS coincideixen amb el gel fixe, que es refereix a gel ancorat a la costa, on els moviments de les marees contribueixen al desenvolupament de patrons estranys, esquerdes i fissures en la seva superfície. El segon experiment es va dur a terme a l’Antàrtida, monitoritzant una àrea de neu pristina que és ben coneguda per al calibratge d’instruments de teledetecció. A causa de la relativa estabilitat de les capes de neu, l’adquisició de dades es va limitar a deu dies consecutius. Es van trobar pulsacions interferomètriques a partir d’un primer anàlisi de l’amplitud de les senyals recollides, les quals eren compatibles amb un model de propagació multicamí a on el reflector es troba per sota del nivell de superfície. Com a conseqüència d’aquests resultats, s’ha desenvolupat un model que reconstrueix el senyal complexe rebut com la suma d’un nombre finit de reflexions, procedents de diferents capes de neu (determinat per mesures locals). La informació interferomètrica es recupera després de l’anàlisi espectral aplicat a les sèries temporals tant de les senyals reals, com de les modelades (lag-hologrames). Trobem que les bandes de freqüències predites pel model són en general consistents amb les dades i que els lag-hologrames mostren repetibilitat per dies diferents. Posteriorment, es realitza un anàlisi de les dades recollides per determinar les capes dominants del perfil de neu seca que contribueixen a les reflexions en banda L, i que a la seva vegada, estan relacionades amb gradents significatius de densitat/permitivitat. / Este trabajo evalúa el posible uso de las señales de los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) que se reflejan en la superficie terrestre para la extracción de información geofísica de la criosfera. Con este propósito, el presente estudio se basa en datos recogidos con un reflectómetro GNSS durante dos campañas experimentales, centradas en dos tipos de superficies características de la criosfera: capas de hielo marino y gruesas acumulaciones de nieve seca. Durante el primer experimento, el proceso completo de formación, evolución y fusión del hielo marino fue monitorizado durante más de siete meses en una bahía ubicada en Groenlandia. Este tipo de hielo se caracteriza típicamente por su grosor, concentración y rugosidad. Diferentes observables de las reflexiones GNSS son analizados para tratar de estimar dichas propiedades. El espesor de hielo está relacionado con el nivel de francobordo o borda libre, que a su vez está relacionado con la altura de la superficie de hielo marino. Se ha logrado altimetría de fase precisa, mostrando correlación con un modelo de marea del Ártico. Además, los resultados a largo plazo de la altura elipsoidal siguen la evolución de las mediciones de temperatura de superficie de hielo proporcionadas por MODIS. La temperatura es un parámetro clave en el ritmo de crecimiento del hielo marino. Por otro lado, la presencia de sal en este tipo de hielo modifica sus propiedades dieléctricas, lo que implica variaciones en las amplitudes y fases de los coeficientes complejos de Fresnel con polarizaciones opuestas. Los resultados polarimétricos concuerdan con los valores de concentración de hielo obtenidos mediante inspección visual desde una estación meteorológica cercana. Por último, la forma de la señal reflejada y la dispersión de su fase son evaluadas como potenciales indicadores de la rugosidad de superficie. Para su comparación, se emplean mapas del hielo de la zona experimental. En particular, valores máximos de rugosidad estimada por los observables GNSS coinciden con hielo fijo, que se refiere al hielo anclado a la costa, donde los movimientos de las mareas contribuyen al desarrollo de patrones extraños, grietas y fisuras en su superficie. El segundo experimento se llevó a cabo en la Antártida, monitorizando una área de nieve pristina que es bien conocida para la calibración de instrumentos de teledetección. Debido a la relativa estabilidad de las capas de nieve, la adquisición de datos se limitó a diez días consecutivos. Se encontraron pulsaciones interferométricas a partir de un primer análisis de la amplitud de las señales recibidas, las cuales eran compatibles con un modelo de propagación multicamino donde el reflector se encuentra por debajo del nivel de la superficie. Como consecuencia de estos resultados, se ha desarrollado un modelo que reconstruye la señal recibida como la suma de un número finito de reflexiones, procedentes de diferentes capas de nieve (caracterizados por mediciones locales). La información interferométrica se recupera después del análisis espectral aplicado a las series temporales tanto de las señales reales, como de las modeladas (lag-hologramas). Encontramos que las bandas de frecuencias predichas por el modelo son en general consistentes con los datos y que los lag-hologramas muestran repetibilidad para días diferentes. Posteriormente, se realiza un análisis de los datos recogidos para determinar las capas dominantes del perfil de nieve seca que contribuyen a las reflexiones en banda L, y que a su vez, están relacionadas con gradientes significativos de densidad/permitividad

Due to recent progress, higher-order chemical instrumentation provides large amounts of data which need automated processing in order to extract relevant information. In most cases, the raw signals or spectra are too complex for manual analysis. The ability to detect, identify and quantitate chemical substances in gas phase in field operations is required in a huge number of applications. Among them, I would like to highlight the need for chemical sensing on diverse humanitarian, safety and security applications. In these cases, it becomes extremely important to continuously monitor the environments where chemicals are spread in order to be ready to act when abnormal events are discovered. In most critical scenarios the sample can not just be taken to the laboratory and analyzed, since an immediate answer is needed. In some other scenarios, the exploration of the area must be performed because the localization of the gas source or material of interest is unknown. This exploration can be performed using multiple mobile sensors in order to localize the chemical source or material. Different sensing technologies have been successfully used to detect and identify different chemical substances (gases or volatile compounds). These compounds could be either toxic or hazardous, or they can be signatures of the materials to be detected, for instance, explosives or drugs. Among these technologies, mobility based analyzers provide fast responses with high sensitivity. However, IMS instruments are not exempt of problems. Typically, they provide moderate selectivity, appearing overlapped peaks in the spectra. Moreover, the presence of humidity makes peaks wider, thus worsening the resolving power and the resolution. Furthermore, the response of IMS is non-linear as substance concentration increases and more than one peak can appear in the spectra due to the same compound. In the present thesis, these problems are addressed and applications using an Ion Mobility Spectrometer (IMS) and a Differential Mobility Analyzer (DMA) are shown. It is demonstrated that multivariate data analysis tools are more effective when dealing with these technologies. For the first time, multivariate data analysis tools have been applied to a novel DMA. It is shown that DMA could be established as a good instrumentation for the detection of explosives and the detection and quantitation of VOCs. Furthermore, Multivariate curve resolution Alternating Least Squares (MCR-ALS) is shown to be suitable to analyze IMS spectra qualitatively when interfering chemicals appear in the spectra and even when their behaviour is non-linear. Partial Least Squares (PLS) methods are demonstrated to work properly for the quantitative analysis of these signals; from this analysis the chemical concentrations of the target substances are obtained. It is also demonstrated in this thesis that the quantitative measurements from these sensors can be integrated in a gas source localization algorithm in order to improve the localization of the source in those scenarios where it is required. It is shown that the new proposal works significantly better in cases where the source strength is weak. This is illustrated presenting results from simulations generated under realistic conditions. Moreover, real-world data were obtained using a mobile robot mounting a photo ionization detector (PID). Experiments were carried out under forced ventilation and turbulences in indoors and outdoors environments. The results obtained validate the simulation results and confirm that the new localization algorithm can effectively operate in real environments. / Debido a los progresos recientes, la instrumentación química genera mayores volúmenes de datos los cuales requieren de un procesado automático con la finalidad de extraer la información relevante, ya que un análisis manual no suele ser viable debido a la elevada complejidad de los datos. La habilidad de detectar, identificar y cuantificar sustancias químicas en fase gas en operaciones de campo es requerida en un gran número de aplicaciones. Entre ellas, aplicaciones humanitarias y de seguridad. En estos casos, la monitorización continua de los entornos es extremadamente importante, ya que se debe estar alerta de eventos anormales. En los escenarios más críticos, debe realizarse una exploración del área porque la posición de la fuente de gas de interés es desconocida. Esta exploración puede realizarse usando múltiples robots. Diferentes tecnologías de sensores se han aplicado con éxito a la detección e identificación de diferentes sustancias químicas (gases o compuestos volátiles). Estos compuestos pueden ser tóxicos, peligrosos, o precursores de explosivos o drogas. De entre estas tecnologías, los analizadores basados en movilidad iónica (IMS) proporcionan rápidas respuestas con gran sensibilidad. Sin embargo, estos instrumentos no están exentos de problemas. Típicamente, proporcionan una moderada selectividad, apareciendo picos solapados en los espectros. Además, la presencia de humedad provoca que los picos se ensanchen, así empeorando la resolución. Además, la respuesta de IMS es no lineal al incrementar la concentración y es posible que más de un pico debido al mismo compuesto aparezca en el espectro. En la presente tesis se trata con estos problemas y se demuestra que las herramientas de análisis de datos multivariantes son más efectivas que las herramientas típicas univariantes al tratar con tecnologías de movilidad iónica (IMS y DMA), especialmente para el análisis cualitativo y cuantitativo de sus espectros. Además, se demuestra que las medidas cuantitativas pueden integrarse de manera efectiva en un algoritmo de localización de fuentes químicas. Los resultados obtenidos (simulaciones realistas y datos reales) muestran que el algoritmo desarrollado durante la tesis puede funcionar especialmente bien en situaciones en las que la potencia de emisión de la fuente a detectar sea débil.

En el capítulo 1 se presentan algunos conceptos básicos relacionados con el tráfico de voz, junto a los modelos más comúnmente utilizados en la evaluación y dimensionado de sistemas de telefonía móvil. En todos los casos se presentan evaluaciones exactas, es decir deducidas analíticamente para los modelos expuestos. A su vez se discute y cuestiona la idoneidad de las hipótesis que se asumen en cada modelo. Se tratan en este capítulo algunos temas básicos de teletráfíco como modelos jerárquicos de tráfico, prioridades, poblaciones finita e infinita, modelos de traspasos en telefonía celular, etc.El capítulo 2 presenta la caracterización de la duración de los mensajes de tráfico telefónico en sistemas PAMR, demostrándose que la distribución de ocupación del canal si la gestión se realiza por mensaje (a nivel de llamada) es hipoexponencial. La forma en que los resultados del capítulo 2 pueden ser utilizadas en la evaluación de sistemas es presentada en el capítulo 3, en el que se introducen procesos de colas M/G/í con distribución hipoexponencial de la ocupación del canal. A diferencia de los resultados del capítulo 1 que son soluciones analíticas exactas, en este caso los resultados presentados son aproximaciones precisas y de fácil cómputo.Al igual que el capítulo 2, el capítulo 4 presenta caracterización de tráficos, pero en sistemas en los que el tiempo de ocupación del canal sigue una distribución hiperexponencial: sistemas PMR con gestión por transmisión y telefonía móvil pública celular. A su vez el capítulo 5 introduce métodos que permiten considerar dichas distribuciones en la evaluación y dimensionado de sistemas, también en forma de aproximaciones.Por tanto en esta tesis se presentan trabajos y contribuciones en dos ámbitos: el de la caracterización de tráficos, y el de las aproximaciones en colas M/G/s con y sin prioridad. Es obvio que se trata de dos vertientes complementarias de un mismo problema. De poco va a servir el esfuerzo realizado en caracterizar un tráfico si no podemos incorporar dicha caracterización en la evaluación (aunque la caracterización siempre es útil para alimentar simulaciones de forma más precisa). Por otra parte las aproximaciones son inútiles si no sabemos con que cifras substituir los símbolos de las ecuaciones. Desde este enfoque se puede decir que los capítulos 2 y 3 son complementarios entre sí, al igual que lo son los capítulos 4 y 5.

En esta tesis se analiza el comportamiento físico de los principales mecanismos de transporte en dispositivos Schottky barrier (Double-Gate) MOSFET nanométricos, y se presentan nuevos modelos compactos apropiads. Se desarrollaron soluciones analíticas completamente bidimensionales de la electrostàtica de estos dispositivos con ayuda de la técnica de mapeado conforme Schwarz-Christoffel. Basándose en estas soluciones electrostáticas analíticas, se desarrolló un método analítico de cálculo de las corrientes. El modelo se comparó y validó con simulaciones numéricas obtenidas mediante TCAD Sentaurus para longitudes de canal de hasta 22 nm, y con medidas experimentales de dispositivos SB-UTB-MOSFET con segregación de dopantes y longitud de canal de 80 nm. Se obtuvo una muy buena concordancia entre las predicciones del modelo compacto por un lado, y las simulaciones TCAD y medidas experimentales por otro.

Aquesta Tesi Doctoral estudia l'ús de tecnologia de ràdio banda ultraampla (UWB) per sistemes de identificació per radiofreqüència (RFID) i sensors sense fils. Les xarxes de sensors sense fils (WSNs), ciutats i llars intel•ligents, i, en general, l'Internet de les coses (IoT) requereixen interfícies de ràdio simples i de baix consum i cost per un número molt ampli de sensors disseminats. UWB en el domini temporal es proposa aquí com una tecnologia de radio habilitant per aquestes aplicacions. Un model circuital s'estudia per RFID d'UWB codificat en el temps. Es proposen lectors basats en ràdars polsats comercials amb tècniques de processat de senyal. Tags RFID sense xip (chipless) codificats en el temps son dissenyats i caracterizats en termes de número d'identificacions possible, distància màxima de lectura, polarització, influència de materials adherits, comportament angular i corbatura del tag. Es proposen sensors chipless de temperatura i composició de ciment (mitjançant detecció de permitivitat). Dos plataformes semipassives codificades en temps (amb un enllaç paral•lel de banda estreta per despertar el sensor i estalviar energia) es proposen com solucions més complexes i robustes, amb una distància de lectura major. Es dissenya un sensor de temperatura (alimentat per energia solar) i un sensor de diòxid de nitrogen (mitjançant nanotubs de carboni i alimentat per una petita bateria), ambdòs semipassius amb circuiteria analògica. Es dissenya un multi-sensor semipassiu capaç de mesurar temperatura, humitat, pressió i acceleració, fent servir un microcontrolador de baix consum digital. Combinant els tags RFID UWB codificats en temps amb tecnologia de ràdar de penetració del terra (GPR), es deriva una aplicació per localització en interiors amb terra intel•ligent. Finalment, dos sistemes actius RFID UWB codificats en el temps s'estudien per aplicacions de localització de molt llarg abast. / Esta Tesis Doctoral estudia el uso de tecnología de radio de banda ultraancha (UWB) para sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID) y sensores inalámbricos. Las redes de sensores inalámbricas (WSNs), ciudades y casas inteligentes, y, en general, el Internet de las cosas (IoT) requieren de interfaces de radio simples y de bajo consumo y coste para un número muy amplio de sensores diseminados. UWB en el dominio temporal se propone aquí como una tecnología de radio habilitante para dichas aplicaciones. Un modelo circuital se estudia para RFID de UWB codificado en tiempo. Configuraciones de lector, basadas en rádar pulsados comerciales, son propuestas, además de técnicas de procesado de señal. Tags RFID sin chip (chipless) codificados en tiempo son diseñados y caracterizados en términos de número de identificaciones posible, distancia máxima de lectura, polarización, influencia de materiales adheridos, comportamiento angular y curvatura del tag. Se proponen sensores chipless de temperatura y composición de cemento (mediante detección de permitividad). Dos plataformas semipasivas codificadas en tiempo (con un enlace paralelo de banda estrecha para despertar el sensor y ahorrar energía) se proponen como soluciones más complejas y robustas, con una distancia de lectura mayor. Se diseña un sensor de temperatura (alimentado por energía solar) y un sensor de dióxido de nitrógeno (mediante nanotubos de carbono y alimentado por una batería pequeña), ambos semipasivos con circuitería analógica. Se diseña un multi-sensor semipasivo capaz de medir temperatura, humedad, presión y aceleración, usando un microcontrolador digital de bajo consumo. Combinando los tags RFID UWB codificados en tiempo y tecnología de radar de penetración de suelo (GPR), se deriva una aplicación para localización en interiores con suelo inteligente. Finalmente, dos sistemas activos RFID UWB codificados en tiempo se estudian para aplicaciones de localización de muy largo alcance. / This Doctoral Thesis studies the use of ultra-wideband (UWB) radio technology for radio-frequency identification (RFID) and wireless sensors. Wireless sensor networks (WSNs) for smart cities, smart homes and, in general, Internet of Things (IoT) applications require low-power, low-cost and simple radio interfaces for an expected very large number of scattered sensors. UWB in time domain is proposed here as an enabling radio technology. A circuit model is studied for time-coded UWB RFID. Reader setups based on commercial impulse radars are proposed, in addition to signal processing techniques. Chipless time-coded RFID tags are designed and characterized in terms of number of possible IDs, maximum reading distance, polarization, influence of attached materials, angular behaviour and bending. Chipless wireless temperature sensors and chipless concrete composition sensors (enabled by permittivity sensing) are proposed. Two semi-passive time-coded RFID sensing platforms are proposed as more complex, more robust, and longer read-range solutions. A wake-up link is used to save energy when the sensor is not being read. A semi-passive wireless temperature sensor (powered by solar energy) and a wireless nitrogen dioxide sensor (enabled with carbon nanotubes and powered by a small battery) are developed, using analog circuitry. A semi-passive multi-sensor tag capable of measuring temperature, humidity, pressure and acceleration is proposed, using a digital low-power microcontroller. Combining time-coded UWB RFID tags and ground penetrating radar, a smart floor application for indoor localization is derived. Finally, as another approach, two active time-coded RFID systems are developed for very long-range applications.

El sol proporcionaa la Terra una quantitat d’energia per hora molt més elevada que l’energia que la civilització humana pot fer servir en tot un any. Això fa que l’energia fotovoltaica (PV) sigui un recurs tan prometedor. Però el problema encara avui en dia dels dispositius fotovoltaics és la baixa estabilitat, l’alt cost i les baixes eficiències. Mitjançant el concepte de “modificació de l’espectre” es pot aconseguir una major absorció de fotons per part de la cel•la PV i conseqüentment, eficiències més elevades. Per això, diferents nanopartícules de compostos de lantà dopades amb ions lantànids s’han preparat amb diferent mètodes de síntesi. Aquestes compostos tenen la capacitat d’absorbir en una part de l’espectre electromagnètic d’alta energia i emetre en una altra part d’energia més baixa de forma eficient. Finalment, s’han fabricat i testejat cel•les solars orgàniques i híbrides per tal d’estudiar les propietats “down-shifting” d’aquests compostos. / Since the Sun provides Earth with as much energy per hour as human civilization uses every year, the photovoltaic energy plays a very promising challenge. However, the major issue in the photovoltaic cells lies in its poor stability, high prices and low efficiencies. In this thesis, we suggest using solar spectral modification to overcome the classical efficiency limit of the existing solar cells. Thus, down-shifting Ln3+ doped lanthanum-based nanoparticles were synthesized by using different methods in order to obtain the best particles for photovoltaic applications. These nanoparticles are able to absorb in one part of the electromagnetic spectrum and emit in another different very efficiently. In this way, the photovoltaic efficiencies of bulk heterojunction organic and hybrid solar cells were measured obtaining promising results for future scientific prospects

CuInS2 is a good candidate as photovoltaic absorber for the fabrication of high efficient and low cost solar cells. In this work, the vibrational properties of CuInS2 films have been studied by means of Raman Spectroscopy, and other techniques such as XRD, TED, SEM and AES. Moreover, the CuInS2 absorber films used for the fabrication of solar cell devices have been characterised, and the sulphurisation reaction of the metallic precursors for the preparation of baseline absorbers investigated. Epitaxial and polycrystalline films were grown by a coevaporation process in a vacuum chamber containing sulphur vapour. The structural analysis of the epitaxial samples revealed that in these films two different crystallographic orderings coexist. These two polytypes of the CuInS2 compound correspond to the chalcopyrite equilibrium phase, and the "Cu-Au" metastable phase. It was found, the later to be responsible for the appearance of characteristic bands in the Raman spectra at 305 cm-1 and 60 cm-1, which had not been identified before this work. This assignment is based in both experimental results and theoretical calculations of the phonon spectra of both polytypes performed using a VFF model. On the other hand, polycrystalline films grown at different conditions were prepared in order to investigate the influence of the growth parameters upon the structural properties of the films. Cu excess conditions and growth temperatures above 470ºC lead to good quality absorbers. Moreover, the Cu excess segregates at the surface of the film as CuS, and can be easily removed by a chemical treatment in KCN. The good quality of the CuInS2 films obtained by this recipe and the wide window process (Cu/In between 1.2 and 1.8) justify this additional step for the preparation of CuInS2 films. This constitutes an important advantage with respect to the processing of CuInSe2 absorbers, for which the effect of the stoichiometric deviations is critical. The efficiency of the cells fabricated from absorbers grown under these conditions is in the range of 12%. On the contrary, films grown under Cu poor stoichiometry and/or lower temperatures present very bad crystalline quality, and lead to photovoltaic devices with very low efficiencies. It was proved that these conditions favour the formation of Cu-Au ordered domains in the films, thus deteriorating the crystalline quality of the chalcopyrite phase. Furthermore, Cu-poor conditions favour the formation of precipitates of CuIn5S8 at the bulk of the films.Baseline sequentially processed films are obtained by the sulphurisation reaction of the metallic precursors, which are previously sputtered onto the Mo-coated glass substrate. Cu excess conditions and substrate temperatures around 500ºC are selected for the growth of these baseline absorbers. The crystalline quality of these films is similar to that of the coevaporated films grown under Cu excess conditions. Furthermore, the effect of the incorporation of Ga in the metallic precursors was also studied. The aim of introducing Ga is to increase the VOC of the final device. However, the sulphurisation of the Ga-containing precursors leads to films presenting a bilayer structure, characterised by the existence of an In rich Cu(In,Ga)S2 quaternary at the surface region of the sample, and a Ga rich Cu(In,Ga)S2 quaternary at the back region of the film. Although the homogeneity of the films could be improved by using higher sulphurisation temperatures and a Rapid Thermal Process in H2S, it was not possible to avoid the accumulation of Ga close to back region of the films. The explanation for the structure of these films was provided by the analysis of samples quenched at different stages of the sulphurisation reaction, which allow establishing the fundamental steps of the sulphurisation reaction of the metallic layers.

Degut a la tendència a l'increment del preu de la energia, i el seu ús cada cop més estès per aire condicionat en els paisos desenvolupats, els sistemes de refrigeració basats en energia solar tenen cada cop més atractiu. El objectiu final d'aquesta tesi és el desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny de màquines de refrigeració per absorció que tinguin la possibilitat de funcionar amb energia solar. Malgrat existeixen en el mercat màquines d'absorció d'aquestes característiques des de fa anys, hi ha una deficiència en el desenvolupament de sistemes de petita capacitat. Els sistemes de petita capacitat impliquen problemes addicionals en el seu disseny (sistemes refrigerats per aire, compacitat ...) que només es poden abordar fent ús d'eines de disseny adequades, tant pel sistema com pels seus components. Tanmateix, hi ha també certa deficiència en la literatura especialitzada en el desenvolupament de models matemàtics adequats per la descripció dels processos de transferència de calor i de massa en les màquines de refrigeració per absorció: àrea mullada en les superfícies d'intercanvi de calor i de massa, paper dels additius, etc. Per aquestes raons aquest treball ha estat enfocat en aquests objectius:- Estudi de processos bàsics de transferència de calor i de massa juntament amb els fenomens fluid-dinàmics implicats en absorbidors de màquines d'absorció. Aquest estudi ha estat fet mitjançant simulacions detallades resolent les equacions de Navier-Stokes sota ertes hipòtesis.- Desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny i predicció de sistemes de refrigeració per absorció, aprofitant la informació donada per models més detallats.- Desenvolupament d'eines de simulació numèrica pel disseny dels elements crítics d'intercanvi de calor i de massa de sistemes de refrigeració per absorció (absorbidor, generador, evaporador, condensador) mantenint el càlcul en un raonable temps de CPU. Aquest model recolza el mencionat en el punt anterior.- Desenvolupament de un prototipus de màquina d'absorció, refrigerada per aire, fent servir H2O-LiBr com a fluid de treball, amb les eines numèriques desenvolupades. - Contrastació experimental dels models desenvolupats.- Estudi del funcionament de la màquina d'absorció anteriorment mencionada. - Avaluació dels resultats per millorar els criteris de disseny i optimització del mateix de cara a prototipus de segona generació.Després del desenvolupament d'aquestes eines de simulació numèrica que s'han fet servir per problemes específics sortits en el procés d'estudi d'una màquina en concret, un marc de treball ha estat creat per l'estudi d'altres sistemes de refrigeració per absorció. / Due to the increasing trend of the price of the energy, mainly obtained from fossil combustibles, and its also increasing use for air-conditioning in developed countries, solar cooling has been becoming more attractive from the point of view of economics and environment conservation. The final aim of this thesis is the development of numerical simulation tools for the design of absorption machines with the possibility of being driven by solar energy. Although there are available in the market absorption chillers of such characteristics for years, there is a lack in development of small capacity systems. Small capacity systems imply additional problems of design (air-cooled systems, compactness ...) that only can be afford with adequate design tools for system and components. Moreover, there is also a lack in the specialised literature in the development of adequate mathematical models for the description of the heat and mass transfer processes in absorption machines: wetted area of the heat and mass transfer surfaces, role of additives, complex geometries etc.For these reasons this work has been focused on the following detailed objectives: - Study of basic heat and mass transfer processes together with the fluid-dynamic phenomena implied in absorbers of absorption chillers. This study has beencarried out by means of detailed simulations solving the Navier-Stokes equations under certain hypotheses. - Development of numerical simulation tools for design and prediction of absorption systems, taking advantage of information given by more detailed models. - Development of numerical simulation tools for design of the heat and mass exchange components of absorption systems keeping the calculation in a reasonable CPU time. This model provides of the necessary information for the model mentioned in the previous point.- Development of a prototype of an air cooled absorption machine based on the numerical results obtained from the models.- Validation of the models developed by means of comparison of numerical results and experimental data obtained from the prototypes developed.- Study of the performance of the above mentioned absorption system. - Evaluation of the results in order to improve the design criteria for a second generation of prototypes.After the development of these numerical simulation tools and their applicationin specific problems, a framework has been created for the study of other type of absorption systems.