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




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54 Química y ciencias afines - Chemistry

En el presente trabajo de tesis doctoral se sintetizaron, caracterizaron y estudiaron los compuestos de CuGaSe2, CuIn,GaSe2 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, CuIn, GaSe2 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.

Tipo de documento: Tesis-trabajos de grado - Thesis Doctorado

Colaborador - Asesor: Gordillo Guzmán, Gerardo

Información adicional: Doctor en Ciencias - Química

Palabras clave: Celdas solares; Dispositivos fotovoltaicos; Películas delgadas; Diseleniuro de Cobre e Indio; XRD; AFM; Semiconductores - Solar cells; Tandem; Photovoltaics; Thin film; CGS; Copper Indium Diselenide; XRD; AFM; Semiconductors

Temática: 5 Ciencias naturales y matemáticas - Science 54 Química y ciencias afines - Chemistry





Source: http://www.bdigital.unal.edu.co


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5 RESULTADOS Y DISCUSIÓN En este capítulo se presentan los resultados más significativos que se obtuvieron en este trabajo, en particular los relacionados con el efecto de los parámetros de síntesis sobre las propiedades ópticas, estructurales y morfológicas de los materiales investigados.
También se presentan resultados relacionados con el estudio realizado para explicar la formación de la capa ODC en la interface CIGS - buffer y se dan detalles del procedimiento desarrollado para calcular constantes ópticas a partir de medidas experimentales y simulación teórica de la transmitancia espectral. En la parte final se presentarán resultados de la caracterización realizada a las celdas solares fabricadas a través de medida de su característica I-V. 5.1 Descripción de las técnicas experimentales usadas para el estudio de propiedades de los materiales investigados 5.1.1 Propiedades ópticas El desempeño de una celda solar depende críticamente de las propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas y estructurales de cada uno de los materiales que la constituyen, siendo sus propiedades ópticas una de las más importantes. Como las celdas solares deben responder adecuadamente al espectro de la radiación solar y las diferentes capas que la conforman tienen funciones específicas diferentes, es necesario investigar si efectivamente estas tienen propiedades ópticas adecuadas para cumplir con su función específica dentro del dispositivo.
Por ejemplo, la capa absorbente debe tener un alto coeficiente de absorción, mientras que la capa buffer que forma parte de la ventana óptica del dispositivo no debe absorber la radiación solar, para lo cual es deseable que esta tenga una brecha de energía prohibida grande. Las propiedades ópticas de un material semiconductor se determinan generalmente a través del conocimiento de sus constantes ópticas (índice de refracción (n), coeficiente de absorción () y brecha de energía prohibida (gap), Eg) , la...






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