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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
Contenido
1 Introduccion
2 Antecedentes
3 Objetivos
4 Metodologıa
5 Resultados
6 Conclusiones
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados 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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados 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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados 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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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 )
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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 )
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
Voc e Isc del modulo de 10 cm x 15 cm con celdas tipo:SnO2:F/CdS/Sb2S3/PbS
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
Voc e Isc del modulo de 10 cm x 15 cm con celdas tipo:SnO2:F/CdS/Sb2S3/PbS
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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]
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados Conclusiones
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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados 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.
Introduccion Antecedentes Objetivos Metodologıa Resultados 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.
Top Related