Síntesis y estudio de propiedades de películas delgadas de Cu2ZnSnS4

Abstract

Debido al alto costo y la escasez de los materiales utilizados actualmente para la fabricación de módulos solares con tecnología de película delgada, se hace necesaria la búsqueda de nuevos materiales fotovoltáicos con propiedades adecuadas para su utilización como capa absorbente en celdas solares. El compuesto Cu2ZnSnS4 es un potencial candidato para este propósito, ya que presenta propiedades ópticas, eléctricas y morfológicas apropiadas. Por esta razón, en este trabajo se realizó una investigación orientada principalmente a encontrar una ruta óptima de síntesis del Cu2ZnSnS4 por el método de co-evaporación secuencial de sus precursores metálicos en presencia de azufre evaporado usando una celda Knudsen. La investigación permitió encontrar condiciones de síntesis para crecer este compuesto en la fase Cu2ZnSnS4 con estructura tetragonal tipo kesterita la cual es la que presenta propiedades óptimas para aplicaciones fotovoltáicas. Este resultado se obtuvo a través de un exhaustivo estudio del efecto de la temperatura de síntesis, de la relación de masas de los elementos metálicos evaporados y del orden (secuencia) en que fueron depositadas sobre las propiedades ópticas, estructurales y eléctricas, determinadas a través de medidas de transmitancia espectral, difracción de rayos-x (XRD) y mediciones del cambio de la resistencia y la conductividad en función de la temperatura. / Abstract: Due to the high cost and the lack of materials used in the fabrication of solar panels with thin layer technology, it is necessary the research for new photovoltaic materials with the appropriate characteristics for its use as absorbent layer in solar cells. The compound Cu2ZnSnS4 it’s a potential candidate for this purpose, since it has the appropriate optical, electric and morphologic properties. For this reason, on this work a research oriented mainly on the search for the optimum rout of synthesis of the Cu2SnZnS4 was made, using the sequential metallic layer co-deposition method in an atmosphere of sulfur using a Knudsen cell. The research allows finding synthesis conditions to grow this compound en the Cu2ZnSnS4 phase with Kesterite type tetragonal structure, which presents optimum properties for photovoltaic applications. This result was obtained through an exhaustive study of the effect in the synthesis temperature, the relation of the masses of the evaporated metallic elements and the sequence order of their deposition, besides on their optical, structural and electric properties obtained through measurements of spectral transmittance, x-ray diffraction and measures of the change of the resistivity and conductivity as a function of the temperature.