Síntesis de películas delgadas de AgIn(S,Se)2 con propiedades adecuadas para ser usadas como capa absorbente en celdas solares tipo tándem

Abstract

En este trabajo se hizo una contribución al desarrollo de nuevos materiales fotovoltaicos de la familia de compuestos con estructura tipo calcopirita que presentan propiedades adecuadas para ser usados en la fabricación de celdas solares tipo tándem de dos junturas. Se hizo especial énfasis en la implementación de una ruta de síntesis de películas delgadas de los compuestos AgInS2 (AIS) y AgInSe2 (AISe) y en el estudio de sus propiedades usando técnicas experimentales y herramientas computacionales de simulación. Los aportes mas significativos se resumen a continuación: i) Adecuación de infraestructura de laboratorio para la síntesis de películas delgadas de AgInS2 y AgInSe2 por el método de co-evaporación de las especies precursoras en un proceso en dos etapas y síntesis de películas delgadas de In2S3 por co-evaporación. ii) Obtención de condiciones para la síntesis de películas delgadas de AgInS2 y AgInSe2 con composición química y propiedades eléctricas, ópticas, morfológicas y estructurales adecuadas para ser usadas como capa absorbente en celdas tándem de dos junturas. También se encontraron parámetros de síntesis adecuados para el crecimiento de películas delgadas de In2S3 con espesor y propiedades ópticas, morfológicas y estructurales adecuadas para ser usadas como capa buffer. iii) Identificación de los posibles procesos químicos que dan lugar a la formación de los compuestos AgInS2 y AgInSe2 crecidos por co-evaporación de los precursores en dos etapas. iv) Estudio de la influencia de los parámetros de síntesis sobre la composición química, estado de oxidación y sobre las propiedades ópticas, eléctricas, estructurales y morfológicas de películas delgadas de AgInS2 y AgInSe2 partir de medidas experimentales de espectroscopia de electrones Auger (AES), espectroscopia de fotoelectrones de rayos-x (XPS), difracción de rayos-x (DRX), espectrofotometría VIS-IR, microscopía de fuerza atómica (AFM), conductividad en función de la temperatura y efecto Hall y de simulación teórica de los espectros de transmitancia y difracción de rayos-x. / Abstract. In this work a special contribution to the development of new photovoltaic materials of chalcopyrite family compounds with adequate properties for being used in manufacturing of two junctions tandem solar cells were made. Special emphasis was made on the synthesis of AgInS2 (AIS) and AgInSe2 (AISe) thin films and the study of its properties using experimental techniques and simulation computational tools. The most significant contributions are: i) Adequation of laboratory infrastructure for the growing process of AgInS2 and AgInSe2 thin films by co-evaporation method of the precursor species in a two stages process, and synthesis of In2S3 thin films grown by co-evaporation. ii) Obtaining conditions for the synthesis of AgInS2 and AgInSe2 thin films, with chemical composition, electrical, optical, structural and morphological properties suitable for make them suitable for being used as absorbent layer in two junction tandem solar cells. Also, it was found suitable synthesis parameters for the growth of thin films In2S3 with thickness and optical, structural morphological properties suitable for use it as buffer layer. iii) Identification of the possible chemical process leading to the formation of AgInS2 and AgInSe2 compounds growth by co-evaporation of the precursor species in a two stages process. iv) Study of the variation of the synthesis parameters on the chemical composition, oxidation state and optical, electrical, optical, structural and morphological properties of the AgInS2 and AgInSe2 thin films from experimental measurements of AES, XPS, DRX, spectrophotometry VIS-IR, AFM, conductivity as temperature function and Hall effect, and theoretical simulation of transmittance specters and DRX.