Fabricación de películas delgadas de Cu2ZnSnS4 crecidas por el método de spray pirolisis y optimización de sus propiedades para aplicaciones fotovoltaicas (2018)
En esta investigación se hicieron aportes a la síntesis y estudio de propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas y estructurales de películas delgadas del compuesto Cu2ZnSnS4 (CZTS), las cuales fueron usadas como como capa absorbente en la fabricación de celdas solares. La síntesis se llevó a cabo por la técnica de spray pirolisis (SP) en una etapa, usando una solución precursora a partir de tiourea como fuente de azufre y cloruros de Cu, Sn y Zn disueltos en DMSO/acetona; este desarrollo es un aporte importante, debido a que esta técnica de síntesis es económica (no requiere vacío) y fácilmente escalable a nivel industrial. Se realizó un estudio exhaustivo del efecto de los parámetros operacionales del sistema SP basado en el diseño experimental central compuesto – centrado en las caras (CFC), que permitió optimizar las propiedades del CZTS. Posterior al proceso de síntesis, se estudió la influencia de diferentes tratamientos térmicos, con los cuales se obtuvo una mayor calidad cristalográfica de las películas de CZTS y una mejora de sus propiedades eléctricas y ópticas, logrando la fabricación de películas delgadas de CZTS libre de fases secundarias con un coeficiente de absorción de 104 cm-1, un band gap óptico de 1.5 eV y resistividades ~ 15 Ωcm. Se estudió también el efecto de la atmósfera del tratamiento térmico sobre la eficiencia de celdas solares fabricadas con arquitectura Mo/CZTS/CdS/ITO, obteniendo eficiencias de 0.5% y 1.8% para las celdas con la capa CZTS recocida en atmósfera de N2 y Ar+S+Sn, respectivamente. Con el fin de mejorar la eficiencia de conversión de la celda, se evaluó el dopado de la capa de CZTS con NaF (0 20 nm), con lo cual se obtuvo una eficiencia máxima de 3.7% con un dopado de 15 nm de NaF.