Estudio de láminas delgadas de Cu(In,Ga)Se2, Cu(In1-xGax)3Se5 y Cu(In1-xGax)5Se8 crecidas por evaporación flash para la fabricación de Células Solares
- Autores: Eberhardt Josué Friedrich Kernahan
- Directores de la Tesis: Máximo León Macarrón (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Galán Estella (presid.), José Manuel Merino Álvarez (secret.), Javier de Abajo (voc.), María Teresa Gutiérrez García (voc.), David Fuertes Marrón (voc.), Julio Ramiro Bargueño (voc.), Juan Francisco Trigo Escalera (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
Capítulo 1: ................................................1 1.1 Energía Solar Fotovoltaica............................................................2 1.2 Física de las Células Solares..............................................5 1.2.1 La unión p n....5 1.3 Células Solares basadas en compuestos de Cu(In,Ga)Se2.......................................15 1.3.1 Métodos de crecimiento de la capa de Cu(In,Ga)Se2.............................19 1.3.2 Láminas de Cu(In,Ga)Se2 con gradientes de gap: relación de Ga/(In+Ga) .........23 1.4 Propiedades de los Compuestos del Sistema I-III-VI2: Cu(In,Ga)Se2...............................................
1.4.2 Diagramas de Fases.........................................................29 1.4.2.1 El Sistema Cu-In-Se..........................................................29 1.4.2.2 El Sistema Cu-Ga-Se....................................................32 1.4.3 Propiedades Ópticas..................................................33 1.4.4 Variación del gap del CIGS con la composición........................................................35 1.4.5 Propiedades Eléctricas................................................37 1.5 Situación Actual de los dispositivos fotovoltaicos de Cu(In,Ga)Se2................38 1.5.1 Eficiencias Récords..........................................40 1.6 Objetivos del Trabajo...............................................................42 Capítulo 2: Técnicas Experimentales de Caracterización...........................................49 2.1 Perfilometría...........................................................................................50 2.1.1 Medidas de espesores de las láminas delgadas..........................................50 2.1.2 Medidas de Rugosidad...............................................................51 2.2 Caracterización Estructural.............................................................52 2.2.1 Difracción de Rayos X.........................................................................52 2.2.2 Método de Difracción de Polvo...........................................................53 2.2.2.1 Preparación de muestras para difracción de rayos X en polvo......................................56 2.2.3 Difracción de rayos X en modo de Incidencia Rasante...................................................58 2.2.3.1 Cálculo de la profundidad de penetración de los rayos X.................................................59 2.2.4 Identificación de fases.....................................................60 2.2.5 Difracción de Neutrones.....................................................................61 2.2.6 Refinamiento de la Estructura: Método de Rietveld.......................................................65 2.2.6.1 Tratamiento del fondo.....................................................69 2.3 Caracterización Morfológica y Composicional.......................................................69 vi 2.3.1 Caracterización Morfológica.......................................................69 2.3.2 Caracterización Composicional...................................................................................70 2.3.2.1 Análisis de Energías Dispersivas de Rayos X (EDAX)................................................70 2.3.2.2 Espectrometría de Masas con Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS).............................................................71 2.3.2.3 Fluorescencia de Rayos X por Reflexión Total............................................73 2.4 Caracterización Óptica......................................................73 2.5 Análisis Térmico (Termogravimetría)......................................................................77 2.6 Espectroscopía de Fotoelectrones (XPS)...........................................78 2.7 Evaporación Instantánea o flash........................................80 2.8 Caracterización Eléctrica....................................................82 2.8.1 Efecto Hall..................................................83 2.8.2 Tipo de Conducción de las Láminas Delgadas............................................85 2.8.3 Caracterización de las Células Solares......................................86 2.8.3.1 Medidas I-V..................................................86 2.8.3.2 Respuesta Espectral de la Células Solares............................................................87 2.9 Pruebas de Adhesión.......................................................88 Capítulo 3: Síntesis y Crecimiento de los Compuestos Cu(In1-XGaX)Se2, Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)5Se8..........................................91 3.1 Preparación de las Ampollas............................................92 3.2 Limpieza y preparación de los elementos Cu, Ga, In, Se................................................94 3.3 Ciclos Térmicos de Sintetización.............................................95 Capítulo 4: Caracterización de los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2..............................................101 4.1 Caracterización de los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2...........................................101 4.1.1 Sintetización de los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2..........................................103 4.1.2 Composición de los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2.........................................103 4.1.3 Caracterización Estructural de los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2........................................104 4.2 Superficies polares y no polares en los compuestos de Cu(In1-XGaX)Se2.....................................104 4.2.1 Tipos de Superficies polares......................................123 Capítulo 5: Crecimiento y Caracterización de Láminas Delgadas de Cu(In1-XGaX)Se2: Temperatura de Sustrato Constante...........................................131 5.1 Crecimiento y caracterización de láminas delgadas de Cu(In1-XGaX)Se2.................................132 5.1.1. Láminas de Cu(In1-XGaX)Se2 crecidas a temperatura de sustrato y tasas de evaporación constantes...................................................133 vii 5.1.1.1 Caracterización Composicional......................136 5.1.1.2 Caracterización Estructural.......................................................141 5.1.1.3 Caracterización Morfológica.......................................151 5.1.1.3.1 Morfología de los sustratos de ITO/vidrio, Mo/vidrio y Mo/Kapton.............................................152 5.1.1.3.2 Morfología de las láminas de Cu(In,Ga)Se2..............................................................154 5.1.1.3.3 Morfología de las láminas de Cu(In,Ga)Se2 crecidas sobre membranas de alúmina...............................................160 5.1.1.3.4 Medidas de adhesión de las láminas de Cu(In,Ga)Se2 depositadas sobre diferentes sustratos.....................................................163 5.1.1.3.5 Variación de espesores.............................................................163 5.1.1.4 Caracterización Eléctrica...............................................165 5.1.1.4.1 Curvas I-V de las láminas de CIGS.............................................167 5.1.1.5 Tratamientos Térmicos...........................................170 5.1.1.6 Caracterización Óptica............................................................180 5.1.1.7 Células Solares.........................................................................185 Capítulo 6: Crecimiento y Caracterización de Láminas Delgadas de Cu(In1-XGaX)Se2: Aplicando Gradientes en la Temperatura de Sustrato................................................................191 6.1 Láminas de Cu(In1-XGaX)Se2 crecidas aplicando gradientes en la temperatura de sustrato.....................................................................................192 6.1.1 Caracterización composicional........................................................195 6.1.2 Análisis superficial por XPS..........................................198 6.1.3 Caracterización Estructural............................................204 6.1.4 Caracterización Morfológica..................................................214 6.1.5 Caracterización Eléctrica#...........................................................221 6.1.6 Caracterización Óptica..................................225 6.1.7 Células Solares.......................................................226 Capítulo 7: Crecimiento y Caracterización de Láminas Delgadas de de los Compuestos ODC Cu(In1-xGax)3Se5 y Cu(In1-xGax)5Se8....................................................239 7.1 Caracterización de los compuestos de Cu(In1-xGax)3Se5 y Cu(In1-xGax)5Se8...............................................240 7.1.1. Sintetización de los compuestos.....................................240 7.1.2. Composición de los compuestos...............................................242 7.1.3. Caracterización estructural.................................................243 7.2. Láminas delgadas de Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)5Se8.....................................253 viii 7.2.1 Caracterización composicional de las láminas delgadas de Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)5Se8...................................................254 7.2.2 Caracterización estructural.................................255 7.2.3 Caracterización Morfológica.................................................262 7.2.3.1 Morfología de las láminas delgadas..............................................263 7.2.3.1.1 Láminas delgadas de CuGa5Se8......................................................263 7.2.3.1.2 Láminas delgadas de CuGa3Se5................................264 7.2.3.1.3 Láminas delgadas de CuIn3Se5.......................................................264 7.2.3.1.4 Láminas delgadas de Cu(In0.50Ga0.50)3Se5.........................................................268 7.2.4 Caracterización eléctrica.....................269 7.2.5 Caracterización Óptica................................272
