Post on 12-Jan-2016
description
Celdas solares de Cu(In,Ga)Se2
elaboradas por métodos químicos
Dr. Arturo Fernández Madrigal Centro de Investigación en Energía
UNAMafm@cie.unam.mx
Diselenuro de Cobre Indio Galio Selenio
• Los compuestos de CuInSe2 y CuGaSe2
pueden formar la aleación Cu(In,Ga)Se2
• Esta aleación pertenece a la familia de semiconductores I-III-IV2, con estructura cristalina tetragonal.
• Cada Cu(I) ó In(III) tiene cuatro enlaces con un átomo de Se (VI).
• Cada átomo de Se(VI) tiene dos enlaces con Cu y dos al átomos de In.
• Como la fuerza entre los enlaces I-IV y III-IV es diferente, la relación entre c/ano es igual a 2.
• La cantidad 2- c/a, es una mediada de la distorsión de la estructura calcopiritica.
Diselenuro de Cobre Indio Galio
• El ancho de banda Eg de las calcopiritas I-III-VI2 son considerablemente menores que sus binarios análogos.
• Las bandas del Cu 3d junto con las bandas del Se 4pforman bandas de valencia mas arriba que la de los compuestos II-VI.
Diselenuro de Cobre Indio Galio
• El diagrama de fases ternario puede reducirse a un diagrama de fases pseudo-binario a lo largo de la línea entre Cu2Se y In2Se3
• Se realizan diversas investigaciones entre las temperaturas de formación y composiciones para las
películas delgadas.
Diselenuro de Cobre Indio Galio
• Los defectos en los compuestos ternarios son muy importantes ya que cobran especial interés debido a que pueden formar profundos centros de recombinación.
• Dichos centros pueden explicar tres inusuales defectos:
– La tolerancia estructural por deficiencias estequiometrias.
– Habilidad de ser dopado
– Los defectos son de naturales eléctricamente neutros
• Es conocido que el dopaje del CuInSe2 es controlado por defectos intrínsecos.
• Muestras con conductividad tipo p crecen si el material es pobre en Cu.
Métodos de preparación del Diselenuro de Cobre Indio Galio
• El mas utilizado es mediante la coevaporacion
• En este proceso se requiere temperaturas de substrato de 550°C.
• Método versátil ya que se prepara en la misma etapa completamente el absorbedor.
• Una variante de esta ruta es la elaboración de las aleaciones para posteriormente selenizar
Métodos de preparación del Diselenuro de Cobre Indio Galio
• Crecimiento epitaxial
• Deposito por vapor químico de compuesto metal-organicos.
• Métodos de bajo costo:
– Serigrafía y sinterizado
– Deposito por partículas
– Electrodepósito
Celdas solares de Diselenuro de Cobre Indio Galio
• La estructura fotovoltaica que se construye con este absorbedor es como se muestra.
• Las eficiencias alcanzadas llegan hasta el 20 %
• Son estables al menos por 17 años.
• Los módulos poseen eficiencias del 12%.
• Hay en el mundo 40 compañías involucradas en su desarrolladas.
Celdas solares de Diselenuro de Cobre Indio Galio
CIGS Thin Film with Eg=1.1-1.2 eV
26% Ga/(In+Ga) 31% Ga/(In+Ga)
Electrodeposito de Cu(In,Ga)Se2
• Empleando un co-electrodeposito de Cu, In, Ga Se, obtenidos de una solución electrolítica que contiene CuCl2, InCl3, GaCl3 y H2SeO3
• Utilizando substratos de Molibdeno(1 µm de espesor)/Vidrio los cuales se sumergen en la solución electrolítica.
• El crecimiento del absorbedor se realiza a un potencial de -1 V (SCE) durante 1 hr, formando películas de 2 µm de espesor, las cuales se recristalizan en presencia de Se.
Elaboración del Diselenuro de Cobre Indio Galio
• Por electrodepósito se llevan a cabo las siguientes reacciones:
• Cu(II) + 2e- → Cu +0.342 V,
• In(III) + 3e- → In -0.338 V,
• Ga(III)+ 3e- → Ga -0.549 V,
• H2SeO3 + 4H+ + 4e- → Se + 3H2O 0.74 V,
• Cu, In,Ga,Se → CuxInyGazSen
Características de corriente-voltaje para una celda
elaborada por un absorbedor de CIGS por la técnica del
electrodepósito
Área = 0.43 cm2
Voc = 0.413 V
Jsc = 35.41 mA/cm2
FF = 64%
Eficiencia = 9.4%
Electrodepósito de Cu(In,Ga)Se2
• Algunos problemas durante la preparación del CIGS por electrodepósito:
– Formación de fronteras de grano
– Una adecuada cristalinidad
– Reproducibilidad
Electrodepósito del CIGS
• Posibles soluciones para el crecimiento de las películas de CIGS:
– Uso de aditivos en los baños electrolíticos
– Control del proceso de tratamiento térmico de las películas mediante Se.
· Produccion en procesos continuos de CIGS
· Actualmente se tiene en acero inoxidable
En lamina de Acero Inoxidable o poliamida
En lotes de 1000-ft x 1-ft
S. Wiedeman, TFPP 2006 Global Solar -
Producción y predicciones de la producción en
películas delgadas, por tecnología
0
50
100
150
200
250
300
MWp/yr
2002 2004 2006 2008
US a-Si
US CdTe
US CIGS
US
World
NREL 2005