propiedades físicas de películas delgadas para celdas solares
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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 .*-
• **-
• t
• R
• eR
• 6
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