Celdas solares con nanopilares de ZnO embebidos en CuInS2 como absorbente de la radiación

BERRUET, M; VAZQUEZ, M.; PEREYRA, C.J; DI IORIO, Y.; MAROTTI, R.E.

Cordoba

Congreso; SAM CONAMET 2016; 2016

En este trabajo se preparan celdas solares de estado sólido para uso terrestre en configuración superestrato usando técnicas escalables de bajo costo. La capa absorbente (CuInS2, CIS) se depositó por spin coating y la capa transparente de ZnO nanoestructurado por electrodeposición [1,2]. 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, ideal para absorber la radiación solar. La participación de capas nanoestructuradas en arreglos ordenados como los nanopilares, aumenta el área de contacto en la unión p-n, mejorando la eficiencia en la conversión de energía [3]. Los prototipos se prepararon sobre vidrio conductor como sustrato (FTO), recubierto con una capa delgada (d-ZnO) y otra de nanopilares de ZnO (NP-ZnO), sobre el que se depositó CIS. Con el fin de mejorar el alineamiento de las bandas de conducción entre ambos semiconductores, se depositó una capa ultradelgada de In2S3 [2]. La morfología, estructura cristalina y composición química de cada material por separado fueron analizadas por SEM/EDS, DRX y espectrometría Raman respectivamente. La energía de gap (Eg) y el tipo de conducción se evaluó a través de espectros UV-Vis y técnicas electroquímicas como fotocorriente/fotopotencial. Sobre el prototipo FTO/d-ZnO/NP-ZnO/In2S3/CIS/grafito se realizaron ensayos de respuesta tensión-corriente en oscuridad y bajo iluminación con un simulador solar para analizar la respuesta fotovoltaica y estimar la eficiencia de la unión p-n. El prototipo con NP-ZnO presentó Voc=0.5 V, Isc=13 mA/cm2, FF=0.43 y η=3 %, lo que se tradujo en un aumento en la eficiencia del 600% en comparación con los prototipos sin NP-ZnO (Voc=0.4 V, Isc=3 mA/ cm2, FF=0.25 y η < 0.5%). Por último, se realizaron medidas por IMVS/IMPS para estimar tiempos de vida medio y de transito del electrón fotogenerado a fin de explicar eléctricamente los resultados obtenidos anteriormente.