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Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones

I Taller de Innovacion Fotovoltaica yCaracterizacion de Celdas Solares

Celdas Solares por Deposito Quımico

Sarah Ruth Messina [email protected]

Universidad Autonoma de Nayarit

10 de Marzo de 2011


Contenido

1 Introduccion

2 Antecedentes

3 Objetivos

4 Metodologıa

5 Resultados

6 Conclusiones


La tecnica de deposito quımico

Ventajas:

Es una tecnica sencilla

No se utilizan equipos sofisticados ni de alto vacıo

El consumo de energıa es mınimo

Se generan niveles de contaminacion relativamente bajos

Es adecuada para la produccion en area grande

Desventajas:

Baja eficiencia de conversion de los dispositivos

Tamanos de grano de solo decenas de nanometros

Problemas de inestabilidad por reacciones con el medioambiente



Ventajas:






Desventajas:






Ventajas:






Desventajas:





Lo que se habıa hecho en el grupo . . .

1 Pelıculas de Sb2S3 fotoconductivas, con estructura cristalinaortorrombica y Eg entre 1.7 y 1.8 eV. 1

2 Estructuras fotovoltaicas con Sb2S3 y CuSbS2 comoabsorbedor con Voc ≈ 350 mV y Jsc ≈ 0.2 mA/cm2. 2

3 Estructuras fotovoltaicas de SnO2:F/CdS/Sb2S3/AgSbSe2

con Voc = 530 mV y Jsc ≈ 2 mA/cm2. 3

1J Electrochem Soc (1998) 145 (6) 21132J Electrochem Soc (2005) 152G6353Semicond Sci Technol (2005) 20 496
















Logros obtenidos durante el proyecto de tesis doctoral . . .

1 En celdas solares con Sb2S3/PbS se alcanzaron valores dehasta Voc = 640 mV y Jsc = 3 mA/cm2. 4

2 En celdas solares con Sb2Se3:Sb2O3/Sb2S3/PbS el Voc

disminuyo a 520 mV debido a la disminucion de Eg = 1.3 eVpara este manterial, Jsc se incremento a 4.2 mA/cm2 debidoal mejoramiento de la absorcion optica. 5

3 En las celdas solares con Sb2SxSe3−x formado por el horneadoa 250 oC en aire se obtiene Voc = 580 mV y Jsc ≈ 3mA/cm2. 6

4J Phys D: Appl Phys (2008) 41 0951125J Electrochem Soc (2009) 156 H3276Thin Solid Films (2009) 517 2503
















Celdas solares con Sb2S3

- 0 , 2 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8

- 5

- 4

- 3

- 2

- 1

1

2

E s p e s o r V o c J s c F F η

( n m ) ( m V ) ( m A / c m 2 ) ( % )A ) 4 0 6 2 0 2 . 4 0 . 2 6 0 . 4B ) 8 0 6 6 0 2 . 9 0 . 3 1 0 . 6C ) 1 0 0 6 4 0 3 . 7 0 . 2 9 0 . 7D ) 2 0 0 6 2 0 3 . 4 0 . 2 9 0 . 6

C d S ( c i t )

Dens

idad d

e corr

iente

[mA/c

m2 ]

V o l t a j e [ V ]

P b S ( 2 0 0 n m )

S n O 2 : F

S b 2 S 3 ( i )

C - A g

A )B )

C )D )


Celdas solares Sb2SxSe3−x

- 0 , 2 0 , 0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8

- 3 , 7 5

- 2 , 5 0

- 1 , 2 5

0 , 0 0

1 , 2 5

2 , 5 0

3 , 7 5

P b S ( n m ) V o c ( m V ) J s c ( m A / c m 2 ) F F η (%)

A ) 1 0 0 5 4 0 0 . 7 5 0 . 2 3 0 . 0 3B ) 2 0 0 5 6 0 1 . 9 0 . 2 5 0 . 0 9C ) 2 9 0 5 4 0 2 . 1 0 . 2 7 0 . 1

C ) B )

P b SS b 2 S x S e 3 - xC d S ( c i t )

Dens

idad d

e corr

iente

[mA/c

m2 ]

V o l t a j e [ V ]

S n O 2 : F

A )


Celdas solares con Sb2Se3

- 0 , 4 - 0 , 2 0 , 0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8

- 9

- 6

- 3

0

3

6

b ) V o c ( m V ) J s c ( m A / c m 2 ) F F η ( % ) a ) 5 2 0 3 . 1 0 . 2 8 0 . 4 6 b ) 5 2 0 4 . 2 0 . 2 8 0 . 6 6 I L = 1 0 0 0 W / m 2

Dens

idad d

e corr

iente

[mA/c

m2 ]

V o l t a j e [ V ]

a )

P b S

S n O 2 : FC d S

S b 2 S x S e 3 - x : S b 2 O 3 C

A g


Voc e Isc del modulo de 10 cm x 15 cm con celdas tipo:SnO2:F/CdS/Sb2S3/PbS


Voc e Isc del modulo de 10 cm x 15 cm con celdas tipo:SnO2:F/CdS/Sb2S3/PbS


Objetivos

Objetivo General:

Desarrollo de celdas solares de calcogenuros de metales pordeposito quımico

Objetivos Particulares:

Implementar en la Universidad Autonoma de Nayarit latecnica de Deposito por Bano Quımico (CBD).

Obtener pelıculas delgadas de compuestos semiconductoresII-VI, IV-VI y V-VI para aplicaciones fotovoltaicas.

Desarrollar estructuras fotovoltaicas utilzando unicamenteCBD.

Caracterizar los materiales y Dispositivos desarrollados encolaboracion con el CIE-UNAM y la UANL.


Metodologıa

1 Depositar pelıculas de CdS, ZnS⇒ZnO, SnS⇒SnO2 sobresustratos de vidrio y sobre vidrio con recubrimiento conductortransparente de SnO2:F, para aplicacion como materialventana.

2 Depositar pelıculas de Sb2S3, Sb2Se3 como materialabsorbedor.

3 Hacer tratamientos termicos adecuados para el mejoramientode las propiedades opticas, electricas y estructurales de losmateriales involucrados.

4 Depositar pelıculas de PbS como capa p+.

5 Caracterizar mediante la medicion de la curva I-V losdispositivos desarrollados.


En este trabajo ...

Celdas Solares de Sb2S3/PbS con materiales ventana alternativosal CdS

1 Las estructuras fotovoltaicas tipo:SnO2:F/ZnS/Sb2S3/PbS/C/Ag presentan Voc ≈ 150 mV yJsc < 1 mA/cm2.

2 Si el ZnS es horneado a 380oC, se vuelve fotoconductivo y losparametros de la celda mejoran, Voc = 240 mV y Jsc < 1mA/cm2.

3 Si el ZnS es horneado a 450oC por 1 h, este se convierte aZnO, ası se forma la estructura: SnO2:F/ZnO/Sb2S3/PbS,con Voc = 250 mV y Jsc ≈ 1 mA/cm2. a

aSemicond Sci Technol (1997) 12 1323


En este trabajo ...







En este trabajo ...







Celdas Solares con ZnS o ZnO como ventana y capa bufferde CdS

En estructuras tipo: SnO2:F/ZnS/CdS/Sb2S3/PbS ySnO2:F/ZnO/CdS/Sb2S3/PbS con CdS de solo 40 nm se retieneel Voc entre 500 y 600 mV y Jsc ≈ 1 mA/cm2

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

-2.00

-1.60

-1.20

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

1.20

PbSSb2S3

ZnSCdS

V oc J sc FF n-ZnS) 0.6 1.05 0.31 0.19 n-ZnO) 0.5 1.05 0.30 0.16 De

nsida

d de C

orrie

nte [m

A/cm

2 ]

Voltaje [V]

ZnSLuz ZnOLuz


El SnO2 como capa ventana

SnO2 como capa ventana

La conversion de pelıculas delgadas de SnS a SnO2 es posiblemediante procesos de horneado en aire a 450oC por 30 min.En estructuras fotovoltaicas con SnO2/Sb2S3/PbS se encontraronvalores de Voc y Jsc insignificantes, sin embargo en estructurastipo SnO2/CdS/Sb2S3/PbS en la cual la capa de CdS es de solo40 nm mostro valores de Voc = 480 mV y Jsc 3-4 mA/cm2.


El SnO2 como capa ventana

Celdas solares tipo: SnO2:F/SnO2/CdS/Sb2S3/PbS/C/Ag

-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-6.0

-4.0

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

PbSSb2S3 100 nmCdS 40 nm

TEC 15SnO 2 80 nm

V oc J sc FF 0.48 3.6 0.27 0.61

Dens

idad d

e Cor

riente

[mA/

cm2 ]

Voltaje [V]


Conclusiones

1 La estructura fotovoltaica CdS/Sb2S3/PbS con capa ventanade CdS de 80-100 nm sobre el TCO, reportada anteriormente,sigue siendo la mejor de esta categorıa.

2 En todos los casos los parametros de la celda se ven afectadospor la alta resistencia en serie comparada con la resistencia enparalelo

3 En este trabajo se demostro que la tecnica de CBD permiteproducir celdas solares en pelıcula delgada aun teniendocondiciones mınimas de infraestructura cientıfica.


Conclusiones





Conclusiones





Trabajo Futuro

1 Mejorar las conductividades electricas de los materialesinvolucrados.

2 Formacion de compuestos ternarios que estables y concaracterısticas adecuadas para aplicacion como materialabsorbedor en las celdas.


Trabajo Futuro

1 Mejorar las conductividades electricas de los materialesinvolucrados.

2 Formacion de compuestos ternarios que estables y concaracterısticas adecuadas para aplicacion como materialabsorbedor en las celdas.


Gracias. . . por su atencion

Gracias . . .

a CONACyT por la beca de retencion otorgada

a la Universidad Autonoma de Nuevo Leon

al Centro de Investigacion en Energıa

al CA de Sustentabilidad Energetica de la UAN

Date post:	19-Oct-2018
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