Celdas solares nanoestructuradas

BERRUET, MARIANA; YESICA DI IORIO; VALDÉS, MATIAS; VÁZQUEZ, MARCELA

Rosario

Encuentro; XV Encuentro: Superficies y Materiales Nanoestructurados NANO 2015; 2015

IFIR- CONICET

Este trabajo describe la preparación de prototipos de celdas solares fotovoltaicas de capa delgada y nanoestructuradas cuyas características distintivas son el bajo costo de fabricación, la escalabilidad y el respeto por el medio ambiente. Las celdas combinan CuInSe2 (CISe), CuInS2 (CIS) o Cu2ZnSnS4 (CZTS) como capa p (absorbente de la radiación) con TiO2 o ZnO como capa n (transparente a la radiación). Se apunta a mejorar la eficiencia en conversión de energía utilizando TiO2 y ZnO nanoestructurados. Una posibilidad es preparar películas nanoporosas. Otra, es incorporar nanoestructuras organizadas como nanohilos y nanocolumnas, denominadas ?arreglos 3D-nanoestructurados?. En estos arreglos 3D la absorción de luz y la colección de los portadores fotogenerados pueden aumentarse significativamente más que en la nanoestructuras clásicas al lograrse heterojunturas semiconductoras interpenetradas. Se presentan resultados para prototipos nanoestructurados formados por CISe o CIS electrodepositado sobre sustratos densos y nanoporosos de TiO2. En un segundo grupo de resultados las películas de TiO2 se reemplazan por ZnO . Se investigaron dos tipos de estructuras de ZnO preparado por electrodeposición: una compacta, y una porosa . La heterojuntura se completó con CIS, CISe y CuInSexS2-x (CISeS) . El CIS se depositó por rocío pirolítico y el CISe o CISeS por baño químico de inmersiones alternadas y posterior sulfurizado . La incorporación de una capa ultra delgada de TiO2 entre ambos materiales mejoró la fotorespuesta y se estima que es debido a una doble función: actúa como capa amortiguadora evitando el retroceso de electrones y en algunos casos como capa barrera a la disolución del ZnO en contacto con soluciones fuertemente ácidas o básicas. Los prototipos mostraron respuesta fotovoltaica con buenas relaciones de rectificación pero con eficiencias muy bajas y en algunos casos cercanas al 1% . En la etapa más reciente del estudio se ha incorporado la deposición de películas de CZTS y de nanopilares ordenados de ZnO. El CZTS es el material sustituto a las películas de CIS/CISe. Este nuevo material reemplaza In y Se por elementos más abundantes en la naturaleza y menos nocivos para el medio ambiente. Se ha explorado la deposición por rocío pirolítico y por electrodeposición . Se ha preparado un prototipo con este nuevo material y TiO2. En paralelo, se han logrado obtener nanopilares de ZnO con diferentes tamaños y relaciones de aspecto. Ambos materiales se encuentran en evaluación.