Estudio sobre los efectos del pos-tratamiento para el desarrollo de estructuras fotovoltaicas usando sulfuro seleniuro de plata antimonio como material absorbedor.

Rodríguez Vela, Dorian Leonardo (2016) Estudio sobre los efectos del pos-tratamiento para el desarrollo de estructuras fotovoltaicas usando sulfuro seleniuro de plata antimonio como material absorbedor. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En el presente trabajo de investigación, se presenta la preparación de estructuras fotovoltaicas con el compuesto sulfuro seleniuro de plata antimonio, AgSb(SxSex-1)2, como una alternativa a los materiales empleados en las celdas solares comerciales y de laboratorio. Es un material nuevo y poco estudiado, por lo cual el interés por desarrollarlo y entenderlo, es de suma importancia. Recientemente, el grupo de investigación construyó estructuras fotovoltaicas con dicho material absorbedor, con un valor de Voc de 520 mV y Jsc de 9.7mAcm-2, logrando una eficiencia de 2.7 %. Motivado por los resultados, se propuso aumentar la eficiencia de las mismas. Para alcanzar valores superiores, en este trabajo se optó por aplicar pos-tratamiento térmico rápido a las películas. El proceso consistió en el depósito secuencial de películas de sulfuro de cadmio, sulfuro de antimonio, plata y selenio, cada material con sus espesores y tiempos particulares. Se aplicó un tratamiento térmico convencional y finalmente el pos-tratamiento térmico rápido (PTR). Para el caso del material absorbedor, AgSb(SxSex-1)2, en todas las condiciones se obtuvieron mejoras en la pureza de la fase al aplicar el PTR, siendo la condición de 450°C por 2 min la mejor. A dicha condición la brecha de energía del material fue de 1.21 eV y el valor de “x” de 0.51. Las estructuras fotovoltaicas fueron evaluadas antes y después del PTR, utilizando sulfuro de cadmio (CdS), como material tipo ventana. Se observó, al aplicar el PTR a la condición mencionada, cómo las películas sufrían deterioro, y la pérdida de material, por lo cual no fue posible obtener estructuras fotovoltaicas, a pesar que de manera individual, el material absorbedor presentaba mejoras significativas en su pureza, en la conductividad, en su brecha de energía y en su morfología. Se optó por mejorar los contactos eléctricos con el PTR, empleando una condición de 150°C por 2 min. Los resultados para la celda sin PTR fueron, Voc=457 mV, Jsc=5.87 mA/cm2 y una eficiencia de conversión (η) de 0.8%; mientras que para la celda con PTR, Voc=473 mV, Jsc=7.24 mA/cm2, con una eficiencia de conversión (η) de 1.1 %. El PTR benefició al material absorbedor de manera individual, sin embargo al incorporar las condiciones del tratamiento a una estructura fotovoltaica, éstas fueron destruidas. Una de las posibles razones de la falla en la construcción de dispositivos fotovoltaicos a estas condiciones, es la interface existente entre el CdS y Sb2S3 al momento del depósito, lo cual trae como consecuencia que al aplicarle energía en forma de calor, se presente un proceso de pérdida de adhesión entre dichas películas delgadas. Otra posible razón, es que el CdS no soporta dichas temperaturas cuando las rampas de calentamiento son muy elevadas, debido a los esfuerzos provocados dentro del material; y por consecuencia al orden de depósito de las películas, provoque que todo lo que se encuentra encima de él sea desprendido similarmente. Otra causa factible, es que simplemente la interacción de los materiales, en este caso el CdS y AgSb(SxSe1-x)2 y la presencia de calor, propicien procesos de ignición; a pesar que de manera separada cada uno de los materiales haya soportado temperaturas similares. Es necesario realizar más estudios para determinar la razón de los inconvenientes presentados en éste trabajo de investigación.

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