Electrodeposición de CuInS2 sobre ZnO nanoestructurado para su empleo en celdas solares

YESICA DI IORIO; MARIANA BERRUET; MARCELA VAZQUEZ

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

IFIR- CONICET

En este trabajo se propone el ensamblado de capas semiconductoras n y p en configuración superestrato por vía completamente electroquímica con el fin de obtener un prototipo de celda solar fotovoltaica de estado sólido para uso terrestre. El ZnO es un semiconductor tipo n de amplio band gap. El CIS es un semiconductor tipo p con un band gap directo de 1.5 eV, lo que lo hace ideal para absorber la radiación solar. La participación de capas nanoestructuradas aumenta el área de contacto en la unión p ? n, procurando mejorar la eficiencia en la conversión de energía. Los prototipos se prepararon sobre vidrio conductor como sustrato (FTO), recubierto con una capa delgada y nanoestructurada de ZnO, y sobre el que se electrodepositó CuInS2 (CIS). Las electrodeposiciones se llevaron a cabo con una celda electroquímica de tres electrodos con SCE y Pt como electrodos de referencia y contraelectrodo, respectivamente. El ZnO fue electrodepositado en dos etapas, una capa densa (d-ZnO) y sobre esta una porosa y nanoestructurada (nano-ZnO). La deposición de d-ZnO se realizó a 70°C con una solución 100 mmol/L Zn(NO3)2 aplicando un potencial constante de -1.2 V (vs. SCE). Para obtener la capa nanoestructurada se aplicó un potencial constante de -1.1 V (vs. SCE) con una solución 100 mmol/L Zn(NO3)2 y 4 g/L PVP como surfactante y a la misma temperatura. Las películas fueron luego recocidas a 380 y 450 ºC en presencia de aire, respectivamente [1]. Con el fin de proteger al ZnO se depositó una capa ultra delgada de TiO2 a través de rocío pirolítico. Su función además es actuar como capa buffer o amortiguadora. La deposición de CIS se efectuó a pH = 8 para evitar la disolución del ZnO y a temperatura ambiente aplicando un potencial constante de -1.2 V (vs. SCE). La solución precursora consistió en 10 mmol/L de CuCl2, 10 mmol/L de InCl3 y 0.5 mol/L de Na2SO3 y 0.2 mol/L de citrato de sodio como agente complejante. Finalmente, la película se sometió a un proceso de recocido manteniéndola durante 1 h a 500 ºC en atmosfera de vapor de S [2]. La morfología, estructura cristalina y composición química de cada película por separado se analizaron por SEM, DRX, espectrometría Raman y EDX/XPS respectivamente. La energía de gap (Eg) se evaluó a través de espectros UV-Vis [1,2]. El prototipo FTO/d-ZnO/nano-ZnO/TiO2/CIS/grafito se caracterizó morfológica y estructuralmente. Por último, se realizaron ensayos de respuesta voltaje-corriente en oscuridad y bajo iluminación con un simulador solar para analizar la respuesta fotovoltaica y la eficiencia de la unión p-n. Resultados preliminares demuestran que el prototipo presenta respuesta fotoeléctrica.