Publication: Desarrollo de celdas solares basadas en CuInSe2 usando nuevos materiales buffer en su estructura.
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Date
2005-03
Authors
Gordillo, Gerardo
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Abstract
Este proyecto se enmarca dentro de un área de investigación cuyo propósito fundamental es el desarrollo de nuevos materiales semiconductores con propiedades adecuadas para la fabricación de dispositivos fotovoltáicos que son usados para convertir la radiación solar directamente en energía eléctrica a bajo costo mediante la utilización de tecnología de capa delgada. Las actividades en las cuales se hará mayor énfasis son las siguientes:
1) Continuación del trabajo de investigación que nuestro Grupo ha venido realizando durante los últimos 9 años sobre el desarrollo de celdas solares basadas en películas delgadas de CdTe y CuInSe2 (CIS). Como resultado de dicho trabajo se ha logrado montar una moderna Infraestructura de Laboratorio para fabricar y caracterizar, tanto los materiales precursores como los dispositivos mismos; celdas solares con eficiencias cercanas al 6% fueron fabricadas con estructura SnO2:F/CdS/CdTe y se tienen resultados preliminares de la fabricación de celdas basadas en CuInSe2 con eficiencias del orden del 3%. En el marco de este proyecto se harán esfuerzos para mejorar la eficiencia de las celdas a través de un mejor diseño experimental, del mejoramiento del control de los procesos involucrados en la fabricación de las celdas y de profundización en el entendimiento de los procesos físicos que gobiernan el funcionamiento de los dispositivos.
2) Desarrollo de materiales semiconductores no tóxicos usados como capa de acople mecánico (en adelante denominados materiales buffer) en celdas solares. Esta capa buffer no actúa activamente en la celda, sin embargo es indispensable incorporarla en la estructura del dispositivo para reducir la densidad de defectos mecánicos generados en la unión P/N del dispositivo por desacople de redes y para frenar procesos de interdifusión que conducen a reducciones fuertes del voltaje y de la corriente eléctrica, generados en la celda solar. Hasta el momento se ha venido utilizando con muy buen éxito el CdS como material buffer en celdas basadas en CdTe y CuInSe2, sin embargo desde el punto de vista ambiental, no conviene seguir usando este material debido a que es altamente tóxico. Motivados por este hecho, en los últimos 5 años varios centros de investigación han enfocado la atención al desarrollo de nuevos materiales que permitan sustituir al CdS de la estructura de las celdas sin que se deteriore significativamente la eficiencia de estas.
Los materiales buffer que se planean investigar dentro de este proyecto son: i-ZnO, InSe, Zn(S,Se), los cuales serán incorporados en celdas solares con estructura Mo/CuInSe2/Buffer/n+-ZnO.
3) Caracterización de los diferentes materiales usados en la fabricación de las celdas solares con el propósito de determinar las condiciones de preparación que conduzcan a materiales con propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas y estructurales adecuadas para la fabricación de celdas solares.
4) Fabricación y caracterización de celdas solares con las estructuras indicadas en el numeral 2), usando películas ultradelgadas (40 - 60nm) de InSe, Zn(S,Se), i-ZnO como capa buffer de las celdas basadas en CuInSe2 (CIS). La caracterización de las celdas se hará a través de medidas de respuesta espectral y de la característica I-V.
Un aspecto al cual se le dará especial atención en este proyecto, es el relacionado con la reducción de costos de fabricación de las celdas solares. Para esto será implementado un procedimiento de deposición de materiales que permita depositar varias de las capas que constituyen el dispositivo sin interrumpir el proceso de deposición (deposición In-Situ).
Las actividades arriba descritas serán realizadas fundamentalmente en el marco de un trabajo de tesis de doctorado; adicionalmente un grupo de 4 profesores con una gran experiencia investigativa estarán vinculados al proyecto realizando actividades que requieren un alto grado de especialización.