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Campus Energia


20 Mayo 2011

El Grupo de Materiales y Sistemas para Energía Solar de IREC presenta un estudio pionero a nivel internacional sobre el desarrollo de técnicas basadas en la espectroscopia Raman

El Grupo de Materiales y Sistemas para Energía Solar de IREC presenta un estudio pionero a nivel internacional sobre el desarrollo de técnicas basadas en la espectroscopia Raman para la caracterización sistemática de fases secundarias en nuevas generaciones de capas absorbedoras basadas en calcogenuros.

Este estudio se ha desarrollado en colaboración con grupos de investigación líderes en estas temáticas a nivel internacional, tales como los de la Universidad de Barcelona y la Universidad de Luxemburgo, e incluye la caracterización resuelta en profundidad de capas delgadas de Cu2ZnSnS4 (CZTS) y Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) para aplicaciones fotovoltaicas (PV). Estos compuestos están suscitando un interés creciente en los últimos años en cuanto a la sustitución de capas absorbedoras de calcopiritas basadas en aleaciones Cu (In, Ga)(S, Se)2 (CIS) en celdas solares y módulos fotovoltaicos de capa delgada de alta eficiencia y bajo coste.

En relación con las tecnologías basadas en CIS, los compuestos CZT (S, Se) están formados únicamente por materiales abundantes en la corteza terrestre y no tóxicos, lo que los hace más apropiados para la implementación a gran escala que se requiere en los próximos años con el fin de conseguir que estas tecnologías puedan competir de forma significativa con las tecnologías convencionales basadas en fuentes de energía no renovables. No obstante, los dispositivos desarrollados con estos materiales tienen aún eficiencias de conversión fotovoltaica relativamente bajas (del orden de 10%), es decir, considerablemente inferiores a las obtenidas en celdas basadas en CIGS (que presentan un valor récord recientemente reportado de 20,3% a nivel de celda). Una de las razones de este bajo valor en la eficiencia de los dispositivos es la presencia potencial de fases secundarias que pueden formarse en diferentes regiones de las capas absorbedoras, determinando un empeoramiento de las características de los dispositivos. El análisis del diagrama de fases del sistema Cu2S-ZnS-SnS2 predice la existencia de un rango muy limitado de composiciones correspondientes a la existencia de una única fase CZTS libre de fases secundarias. La identificación de estas fases mediante técnicas de difracción de rayos X (XRD) se ve comprometida por valores similares en la posición de los picos característicos de las diferentes fases. Además, la obtención de información sobre la localización de estas fases en el espesor de las capas no es sencilla a partir de medidas de XRD, y requiere de la realización de medidas más complejas en condiciones de incidencia rasante.

La investigación desarrollada en IREC ha permitido demostrar el potencial de las técnicas basadas en la espectroscopia Raman para la caracterización sistemática resuelta en profundidad de estas capas complejas. Los primeros resultados obtenidos han sido publicados en dos artículos recientes en la prestigiosa revista Applied Physics Letters de la American Physical Society [A. Redinger et al., Appl. Phys. Lett. 98 101907 (2011); X. Fontané et al., Appl. Phys. Lett. 98 181905 (2011)]. En estos artículos se presentan las primeras evidencias experimentales directas reportadas en la literatura sobre la formación de las fases secundarias ZnS y ZnSe en la región posterior de las capas, que son potencialmente responsables de un deterioro en la resistencia en serie de los dispositivos. La correlación de estos datos con la caracterización electro-óptica de los dispositivos desarrollados con estas capas permitirá clarificar el impacto de la presencia de estas fases en la eficiencia de las celdas solares. El conocimiento de este impacto es fundamental para poder plantear la optimización de estas tecnologías.