Diseño y desarrollo de un sistema automático para la síntesis de películas delgadas de ZnO utilizadas para la fabricación de celdas solares por el método de evaporación reactiva

Abstract

En este trabajo se contribuyó con la síntesis y optimización de las propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas y estructurales de películas delgadas del compuesto Óxido de Zinc (ZnO) crecidas por el método de evaporación reactiva, para uso en celdas solares inorgánicas, celdas solares orgánicas con estructura invertida y celdas híbridas basadas en compuestos metal-orgánicos con estructura tipo perovskita. Se hizo énfasis en la obtención de condiciones que permitan crecer secuencialmente capas delgadas altamente transparentes de i-ZnO y de n+-ZnO de forma reproducible en un proceso in situ (sin interrumpir el proceso), por medio del diseño e implementación de un sistema automático que permite controlar electrónicamente en forma precisa y reproducible los parámetros de síntesis del ZnO usando el concepto de instrumentación virtual. Por medio de caracterización óptica, eléctrica, estructural y morfológica, usando técnicas experimentales tales como: espectrofotometría UV-VIS-NIR, difracción de rayos-x (XRD), Microscopia de fuerza atómica (AFM) y medidas de resistividad, se corroboró que las propiedades del material sintetizado son adecuadas para su uso en dispositivos fotovoltaicos.

Abstract. This work contributes to the synthesis and optimization of the optical, electrical, morphological and structural properties of zinc oxide (ZnO) thin films by Reactive Evaporation process, for use in inorganic solar cells, inverted structure organic solar cells and perovskites solar cells. The development of an automated deposition system was developed using LabView Virtual Instrument (VI) to control the process. PID and PWD Virtual instruments were designed in order to control Zn source temperature, total partial pressure of system. The control of deposition parameters allows for good microstructural and electrical properties of ZnO thin films obtaining n-ZnO, i-ZnO and sequential growth of the bilayer iZnO-nZnO. The effect of deposition parameters on the structural, optical and electrical properties of ZnO thin films was investigated by X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy, UV-VIS-NIR spectroscopy and resistivity measurements. The electronic control of the deposition parameters in the manufacture of thin films since this ensures the good properties of the films produced and his reproducibility.