Análisis de elementos finitos de un sistema de evaporación para sintetizar películas delgadas de kesterita

• Carlos Eduardo Rondón Almeyda ^[1] ; Mónica Andrea Botero Londoño ^[1] ; Mónica Andrea Botero Londoño ^[1]
  1. [1] Universidad Industrial de Santander

     Universidad Industrial de Santander

     Colombia

     
• Localización: Revista de Ingenierías: Universidad de Medellín, ISSN 1692-3324, Vol. 20, Nº. 38, 2021, págs. 51-66
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Finite Element Analysis of An Evaporation System to Synthesize Kesterite thin Films
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• Resumen
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    Actualmente, existe un interés dentro de la comunidad científica por las células solares de película delgada con una capa absorbente de kesterita (Cu2ZnSnS4), debido a que tienen una eficiencia teórica de más del 32 %. La síntesis de kesteritas por evaporación ha permitido un nivel de eficiencia en el laboratorio del 11.6 %. Si bien estos son buenosresultados, el diseño de la cámara de evaporación y la distribución de electrodos son esenciales para controlar los parámetros de síntesis y evaporar cada precursor en la etapa correspondiente. Este proyecto buscadiseñar una cámara de evaporación que pueda alcanzar un vacío de 10-5 mbar, aumentar la deposición de superficies e impedir la evaporaciónde cada precursor en una etapa distinta a la correspondiente. Este último objetivo fue estudiado usando el programa Comsol multiphysics R (pro-ducto licenciado), con la adecuada disposición de precursores metálicos (zinc, cobre y estaño) determinada por el análisis de distribución de calor. Se concluye que cuanto más baja sea la temperatura de evaporación del precursor, menor será la altura del electrodo de cobre en el sistema. Esto ocurre debido a que con una altura menor la concentración de calor en el contenedor es menor. Este artículo es derivado de una investigación y fue financiado por la Universidad Distrital de Santander.

  • English

    Currently, there is an interest within the scientific community in thin-filmsolar cells with a Kesterite (Cu2ZnSnS4) type absorber layer, since they re-port a theoretical efficiency greater than 32 %. The synthesis of Kesteritesby evaporation has allowed for efficiencies at the laboratory level of 11.6 %. Although these are good results, the design of the evaporation chamber and the distribution of the electrodes is essential to control synthesisparameters and evaporate each precursor in the corresponding stage.This project seeks to design an evaporation chamber that can achievea vacuum of 10-5 mbar, increase the deposition surface and avoid each precursor evaporation in a non-corresponding stage. This last objective was studied using Comsol multiphysics R. (licensed product) software, with the adequate disposition of metallic precursors (zinc, copper,and tin) determined by analyzing heat distribution. It was concluded that the lower the evaporation temperature of the precursor, the smaller the height of the copper electrode in the system. This is because, with a lower height the concentration of heat in the container is lower.