Síntesis y caracterización de semiconductores de película delgada de Zn(O,S), para su empleo en celdas solares

Abstract

En vista de las condiciones energéticas actuales, es necesario el avance en el desarrollo de las tecnologías que aprovechan la energía solar. Con el objetivo de producir celdas solares fotovoltaicas más eficientes, de bajo costo y amigables con el medio ambiente, se están desarrollando permanentemente nuevos materiales y caminos de síntesis. En este trabajo se sintetizó oxisulfuro de zinc (Zn(O,S)) mediante el método de deposición por baño químico (CBD) y mediante la técnica de Spin-Coating con el fin de ser utilizado como capa buffer en una celda de película ultra delgada. También se generó ZnO mediante Spin-coating. Los métodos de deposición seleccionados (CBD y Spin-Coating) son de bajo costo, sin la necesidad de generar vacío en su entorno, permite grandes áreas de deposición y sobre geometrías intrincadas, de equipamiento económico y fácilmente escalables a la industria. El objetivo de este trabajo es la obtención de películas de Zn(O,S) por ambos caminos, y la verificación de su posible utilidad como capa buffer mediante la caracterización de su microestructura, morfología y propiedades opto-electrónicas. Las variables analizadas para este trabajo fueron el método de síntesis, el sustrato utilizado, el tratamiento térmico aplicado, la concentración de los reactivos y en ciertos casos la cantidad de material depositado. Fueron utilizados los métodos de difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (SEM), análisis por energía dispersiva de electrones (EDS), fluorescencia de rayos X (FRX) y espectroscopía Raman para la caracterización de la cristalinidad, morfología y estequiometría de las películas. Para la caracterización opto-electrónica fueron utilizados ensayos de fotopotencial/fotocorriente, EIS Mott-Schottky y espectroscopia UV-Visible. La composición química del Zn(O,S) fue constatada por EDS, y su carácter amorfo confirmado por DRX y espectroscopia Raman. Se observó mediante imágenes SEM la morfología y el grado de cobertura sobre los tres sustratos explorados. El ancho de banda prohibido estimado para las películas de Zn(O,S) varió en el rango de 3.6 a 3.8 eV para el caso de las películas de Zn(O,S) y fue de 3.4 eV para las películas de ZnO, siendo valores coincidentes con aquellos informados en bibliografía. El estudio electroquímico ayudó a elucidar el carácter semiconductor de las películas resultó ser tipo n para el Zn(O,S) generado por CBD y el ZnO por Spin-Coating, mientras que el Zn(O,S) generado por Spin-Coating presentó un carácter tipo p.