Deposición de CulnSe2 (CISe) y CulnS2 (CIS) sobre películas semiconductoras para su aplicación en celdas solares fotovoltaicas

Abstract

En forma permanente están siendo desarrolladas nuevas arquitecturas basadas en nanomateriales y peliculaza delgadas, con el objetivo de producir celdas solares eficientes, de bajo costo y amigables con el medio ambiente. El propósito de esta investigación es preparar los semiconductores tipo n y p que forman la celda solar empleando principalmente técnicas que no requieran vacío, como rocío pirolítico o electrodeposición. El óxido de titanio es un semiconductor tipo n de amplio bandgap. Empleando pulverización pirolítica y doctor blade respectivamente, se depositó TiO2 compacto y nanoporoso sobre vidrio conductor. Los calcogenuros de cobre e indio pueden prepararse como semiconductores p-, mostrando altos coeficientes de absorción y energías de bandgap que ajustan con la radiación del espectro solar. Muchas son las técnicas que se han empleado para preparar CuInSe2 (CISe) como películas delgadas. Ente ellas, la electrodeposición presenta diversas ventajas: es económica (ya que no requiere vacío), puede copiar geometrías intrincadas o aplicarse sobre sustratos flexibles y puede ser aplicada a escala industrial. Cuando el CuInSe2 se deposita sobre TiO2, se forma una heterojuntura p-n con la que la luz puede convertirse en electricidad. Cuando el TiO2 es nanoestructurado, la juntura p-n esta espacialmente distribuida, lo que reduce la difusión de los portadores. La inclusión de una capa delgada de otro semiconductor como capa amortiguadora puede contribuir a mejorar la eficiencia del prototipo de celda solar.

New architectures based on nanomaterials and thin solid films are permanently being developed in order to produce efficient, low-cost and environmentally friendly of solar cells. The purpose of this study has been to prepare the n-type and p-type secomiconductors that form a solar cell mainly relying on non-vacuum methods, such as spraying and electrodeposition. Titanium dioxide is an n-type wide bandgap semiconductor. Dense and nanoporous TiO2 have been deposited on conductive glass using spray pyrolisis and doctor blade, respectively. Copper indium chalcogenides, prepared as p-type semiconductors, show a high absorption coefficient together with a band gap energy value that matches that of the solar radiation. Many techniques have been reported to prepare CuInSe2 (CISe) as a thin film. Among them, electrodeposition presents many advantages: it is cost-effective, mainly because it does not require high vacuum, it may be used to copy intricate geometries while being applied even on top of flexible substrates and it can be scaled-up into industrial production. When CuInSe2 is applied onto TiO2 a p-n junction is formed where sunlight can be converted into electricity. In a nanocomposite of TiO2 and CuInSe2 the p-n junction is distributed in space, which allows reduction of the minority carrier diffusion length. The inclusion of a thin layer of another semiconducting material as a buffer layer may help to improve the efficiency of the solar cell prototype.