Síntesis y caracterización de las películas delgadas de CuIn1-xGaxSe2 e In2Se3 para ser usadas en la fabricación de celdas solares tipo tándem

Abstract

En el presente trabajo de tesis doctoral se sintetizaron, caracterizaron y estudiaron los compuestos de CuGaSe2, Cu(In,Ga)Se2 y γ-In2Se3, optimizando sus propiedades para ser usados como capas absorbentes y buffer para ser usadas en celdas solares tipo tándem. Se estableció el dispositivo experimental adecuado para la preparación de las películas delgadas de los materiales mencionados, y a través de medidas de UV-VIS-NIR, difracción de rayos X y microscopía de fuerza atómica y perfilometría en 2D, se encontraron los parámetros de síntesis que aseguran para los materiales propiedades óptimas en términos de bandgap, espesor de película y coeficiente de absorción fotónica. A partir de las medidas de transmitancia, AFM y XRD se encontró evidencia para postular que el crecimiento de películas delgadas de γ-In2Se3 sobre CuGaSe2 da lugar a la formación del compuesto CuIn3Se5 (denominado compuesto ODC) en la interfaz del sistema CuGaSe2/ γ-In2Se3. En la parte final del trabajo, Se fabricaron celdas solares basadas en CuGaSe2 con eficiencias mayores del 6% usando el compuesto In2Se3 crecido por co-evaporación como capa buffer. / Abstract. Within this doctoral thesis CuGaSe2, Cu(In, Ga)Se2 and γ-In2Se3 thin film semiconductor compounds were synthesized, characterized and studied, optimizing their properties for use as absorbent layers and buffer to be used in tandem solar cells. Experimental device was set suitable for the preparation of thin films of these materials, and through UV-VIS-NIR, X-ray Diffraction, Atomic Force Microscopy and 2D profilometry measurements optimal synthesis parameters were determined, thus ensuring the best properties for materials in terms of bandgap, film thickness and photon absorption coefficient. All properties was thoroughly analyzed and discussed. Transmittance, AFM and XRD measurements gave sufficient evidence to postulate that the growth of thin films on CuGaSe2 γ-In2Se3 results in the formation of the intermediate compound CuIn3Se5 (called composite ODC) in the system interface CuGaSe2 / γ - In2Se3. The nature and relevance of such intermediate compound was discussed. At the end of work, solar cells were fabricated based on CuGaSe2 absorber film with efficiencies greater than 6% using the compound In2Se3 as buffer layer, grown by co-evaporation.