Síntesis de películas delgadas de Sb2Se3 con propiedades adecuadas para su uso como capa absorbente en celdas solares

Abstract

Las celdas solares basadas en el compuesto seleniuro de antimonio (Sb2Se3) ofrecen una alternativa interesante respecto a las tecnologías fotovoltaicas de CIGS y CdTe dominantes en la actualidad. La importancia de su aplicación como capa absorbente en celdas solares radica en la abundancia de sus precursores, su baja toxicidad y sus notables propiedades ópticas y eléctricas. En este trabajo, se realizó el estudio de los parámetros de deposición de una capa delgada de Sb2Se3 que incluyó las variables: masa de Se, temperatura y tiempo de selenización; además, se enfatizó en el desarrollo de un reactor automatizado que permitiera la síntesis de las capas absorbentes de Sb2Se3. Este reactor, con diseño novedoso, permite crecer cualquier tipo de compuesto calcogenuro mediante calcogenización de sus precursores metálicos. El proceso de recocido incluye selenización del precursor metálico (Sb) en una atmósfera controlada de mezcla de Argón e Hidrógeno, seguido de calentamiento en presencia de selenio por medio del reactor diseñado. Este proceso de selenización se lleva a cabo controlando el tiempo y la temperatura de selenización con la ayuda de un algoritmo de control PID desarrollado utilizando el entorno de programación LabVIEW. Los resultados del estudio permitieron encontrar los factores adecuados para la síntesis de películas de Sb2Se3 libres de fase secundarias, con buenas propiedades estructurales, ópticas y morfológicas, lo que indica que las películas de Sb2Se3 preparadas mediante la rutina de calcogenización desarrollada en este trabajo podrían usarse, posteriormente, como capa absorbente en celdas solares. De esta forma, se logró obtener muestras de Sb2Se3 con buena reproducibilidad de sus propiedades. En este trabajo de tesis se presentan también resultados de caracterización SEM, EDX, XRD y reflectancia difusa realizada a las películas de Sb2Se3 depositadas que permitió evaluar las propiedades ópticas, morfológicas y estructurales. (Texto tomado de la fuente).

Solar cells based on antimony selenide compound (Sb2Se3) offer an interesting alternative to the currently dominant CIGS and CdTe photovoltaic technologies. The importance of its application as an absorber layer in solar cells lies in the abundance of its precursors, its low toxicity and its remarkable optical and electrical properties. In this work, the study of the deposition parameters of a thin film of Sb2Se3 was carried out including the variables: mass of Se, temperature and selenization time; in addition, emphasis was placed on the development of an automated reactor which allows the synthesis of Sb2Se3 absorber layers. This reactor, with a novel design, allows the growth of any type of chalcogenide compound by chalcogenization of its metallic precursors. The annealing process includes selenization of the metal precursor (Sb) in a controlled atmosphere of Argon and Hydrogen mixture, followed by heating in the presence of selenium by means of the designed reactor. This selenization process is carried out by controlling the selenization time and temperature with the help of a PID control algorithm developed using LabVIEW programming environment. The results of the study allowed finding the proper factors for the synthesis of secondary phase free Sb2Se3 films, with good structural, optical and morphological properties, which indicates that the Sb2Se3 films prepared by the chalcogenization routine developed in this work could be used, later on, as an absorbing layer in solar cells. In this way, it was possible to obtain Sb2Se3 samples with good reproducibility of their properties. In this thesis work, we also present results of SEM, EDX, XRD and diffuse reflectance characterization of the deposited Sb2Se3 films, which allowed us to evaluate the optical, morphological and structural properties.