Preparación de materiales absorbedores basados en Cu2ZnSnS4 para aplicaciones fotovoltaicas

Abstract

El Cu2ZnSnS4 (CZTS), es un compuesto cuaternario que tiene una banda prohibida de 1.4 a 1.5 eV y un coeficiente de absorción en el rango del espectro visible, así como una estructura cristalina similar a la estructura tipo calcopirita. El proceso de síntesis tradicional de las capas de CZTS incluye dos etapas: a) la formación de la capa metálicas precursora y b) el tratamiento térmico en atmósfera de azufre, la capa precursora está compuesta por una serie de películas delgadas de sulfuros metálicos, como sulfuro de cobre, sulfuro de zinc y sulfuro de estaño. Las películas de sulfuro de cobre y sulfuro de zinc, así como las películas de CZTS fueron depositadas mediante la técnica de electrodepósito, seguido de un tratamiento térmico. Las películas de Cu2S fueron depositadas utilizando potenciales de reducción en un rango de -0.6 a -0.555 V con un tiempo de depósito de 1000 s, el depósito de las películas de ZnS se llevó a cabo utilizando potenciales entre -0.65 a -0.56 V. El tratamiento térmico aplicado a ambos materiales se realizó variando atmósfera, inerte y azufre, y la temperatura, entre 150 y 350 °C. Las películas de CZTS se depositaron con una densidad de corriente de 5 mA/cm2 durante un periodo de 100 s. El tratamiento postdepósito se llevó a cabo en atmósfera de azufre con temperaturas de 200 a 500 °C. Se analizaron las propiedades de las películas depositadas utilizando UV-Vis, XRD y SEM-EDS. Las películas depositadas presentaron una estructura hexagonal en fase calcocita para Cu2S con una banda prohibida de energía en el rango entre 1.7 y 1.8 eV y para el ZnS una estructura hexagonal en fase wurtzita, la banda prohibida de energía está en el rango de 3.7 y 3.82 eV. Las películas de CZTS presentaron estructura tetragonal en fase kesterita, mostraron una banda prohibida de energía entre 1.52 y 2 eV. Las técnicas de caracterización demostraron la modificación en las propiedades del material debido a la presencia o deficiencia de azufre en las películas.