propiedades físicas de películas delgadas para celdas solares

8/16/2019 Propiedades físicas de películas delgadas para celdas solares

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Propiedades físicas de

películas delgadas deCdS:Zn para su aplicación

en celdas solares.


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Introducción

Una celda solar es un dispositivo quetransforma la energía luminosa

(fotones) en energía elctrica (!u"o deelectrones) a travs del efectofotovoltaico# generando energía solarfotovoltaica.

Cuando los electrones son atrapados#se o$tiene una corriente elctrica quepuede ser utili%ada.


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Panel Solar

&l grupo de celdas solares# se leconoce como panel solar# lascuales son conectadas# para darun volta"e de salida# que oscilaentre ' * volts.

+a vida ,til promedio de estospaneles es de - aos# a partir deese tiempo# la potencia del panel

disminue considera$lemente.


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789imas /0ciencias&lcan%adas

• Celdas multiunion ***;<

• Celdas do$le unión =*='<

•

Celdas una unión >.?<• Celdas Si cristalino >'<

(5eteroestructura o película delgada)

Película delgada 23-13%Celdas org8nicas ''6<


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@ipos de Celdas de Película 1elgada

/ntre las celdas de película delgada# o desegunda generación# se destacanprincipalmente las celdas:

a). CIAS (Co$reIndioAalioSelenio)$).CdSBCd@e

c). Si amorfo

/n estas celdas# los costos de los materialesson mas $a"os# se est8 tra$a"ando parao$tener e0ciencias de conversión mas altas.


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Con0guración de una celda depelícula delgada


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Principio de funcionamiento

• Cuando un semiconductor# ese9puesto a la lu%# este# es impactadopor fotones# que arranca electrones#

formando 5uecos en los 8tomose9citados# permitiendo que loselectrones avancen a travs del

material# para generar unadiferencia de potencial.

• Creando asimismo un campo

elctrico en la %ona de la unión.


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+os electrones li$res de la %ona nD#migran a travs de la unión 5asta la%ona pD que tiene una cantidad de

5uecos# que son llenados con loselectrones de la %ona nD# formando uncampo elctrico de nD 5acia pD# este

campo elctrico# permite el transito deelectrones en una sola dirección.


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E$"etivo

• /l CdS# es un sulfuro semiconductor de $a"ocosto. Una de sus aplicaciones principales esen celdas solares# u$icado en el grupo IIFIde la ta$la periódica como un calcogenuro#

por el anión S en los compuestos. /ste seutili%a principalmente por la tcnica de1eposito por Gao Huímico (CG1) como unacapa delgada# cuo espesor se puedecontrolar a travs de la duración del $ao# laconcentración de los reactivos# latemperatura# el P principalmente.


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• +a 5eterounion CdSBCd@e# se 5a

considerado como uno de losprincipales candidatos para fa$ricarceldas solares a gran escala# sin

em$argo# su e0ciencia# promedio del'J< la 5a de"ado fuera de lacompetencia.

•

/stas perdidas# son atri$uidas$8sicamente a: – Perdidas por recom$inación a$sorción

de electrones en la 5eterounion


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Propiedades del CdS

• Gand gap .*eF

• +o que lo 5ace un e9celente material comoventana óptica por su a$sor$encia de lu%visi$le# porque reduce la recom$inación delos electrones foto generados en la5eterounion# sin em$argo# muc5os electronesno atraviesan la 5eterounion# de$ido a laresistividad del material a$sor$ente# dandocomo resultado una e0ciencia del orden de'< apro9imadamente.


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•

/l dopar con ciertas impure%as unsemiconductor# afecta sus propiedadeselctricas# ópticas magnticasK que sonimportantes para su aplicación practica.

•

+os metales de transición# que forman elgrupo IIFI pueden me"orar las propiedadesópticas del semiconductor. /n especial el%inc# para dopar el CdS.

• puesto que el ZnL

• Con un radio iónico de .>*nm# esta cerca delvalor del radio iónico del CdL de .?> nm.


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• Se asume# que el CdS:Zn# puede ser un me"ormaterial ventana para la fa$ricación de lasuniones npD sin deformación de red# que

me"ora la e0ciencia de la celda# encomparación con el CdS sin dopar.

• /l $and gap del CdS:Zn se considera de.*-eF# a temperatura am$iente# en películas

delgadas# puede aumentar en función de laconcentración de Zn# con lo que se me"oraríala a$sorción del espectro electromagntico


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/structura esta$le del CdS(Murt%ita)


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1esarrollo /9perimental

• Se aplico por 1GH CdS:Zn en diferentesmolaridades.

o Se seleccionaron los valores de m89ima

mínima molaridad# para poder evaluar elefecto del dopa"e en sus propiedadesfísicas. +as primeras evaluaciones seremiten a. – a). 7edición de @ransmitancia

– $). 7edición de resistividad

– c). /valuación de la estructura con 3N


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3esultados /sperados

• '. Un incremento en el A&P óptico. Oreducir perdidas por re!e9ión. Cadafotón que incide# cua energía esta

entre el A&P del CdS:Zn del Cd@e#produce un portador# que es colectado.

• . Se reduce los defectos interfaciales.

•=. &umento de conductividad.

• *. 3educe procesos interdifusivos.#desde la capa a$sor$ente.


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CI2F/S@&F 7rida 6'=

• 3esultados de CdS:Zn. 1epósitos de-6 min.

% Molar deZinc

Eg (eV)

* .**

; .=?

? .*;

'6 .=


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• @a$le I. Comparison of undoped CdS c5aracteristics 4it5 t5ose of Zn doped

• CdS samples.

• 6.- ppm ' ppm

• C5aracteristics Undoped CdS doped CdS doped CdS

• 3esistivit

• (o5m.cm) -;'.*? ;.;J 66J-

•

Conductivit• ( Q '6 = m5oBcm) '.>J '*?.>6 ''>666

• P5otoconductivit

• ma9ima (nm) -'6 -6 -*6

• Gand gap (eF) .** =? .=6

• 3ise time

• (sec) '.-6 '.6- 6--

• 1eca time

• (sec) >.6 *.J6 .*-

• **-

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• 6

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• Tt66 R . . . . . . . . . # R .

• TR66 #.oa SEo AE6 >6E IsE6 ?EE I ooo '' EE

• Mavelengt5 (am)

• Vigure. Spectraldependenceofp5otocurrent

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