Centro de Investigación en Energía Coordinación: Materiales Solares CdTe: Propiedades, aplicaciones.

¿Por qué usar CdTe? Por su brecha optima de energía.   Por su alto coeficiente de absorción. El CdTe ocupa una posición intermedia con respecto a las principales películas delgadas. Desde el punto de vista de comercialización se encuentra en segundo lugar después del a-Si. Desde el punto de vista de la eficiencia se encuentra en segundo lugar después del CIS con un 16%. Fig. 1 Eficiencia máxima de las celdas solares con respecto a su brecha de energía. (1)

Tabla 1: Propiedades del CdTe.

Estructura Cristalina   Fig. 2 Estructura cristalina del CdTe

Depósito térmico en vacío: Procesos de deposito de películas delgadas  Depósito térmico en vacío: Este es un crecimiento a partir de átomos evaporados mediante calentamiento por efecto Joule. El vacío final, la temperatura del substrato, la energía de los iones, las presiones de vapor de los átomos, son entre otros, parámetros a controlar en esta técnica. (2) Fig. 4 Cámara de deposito del CdTe.

Fig. 3 Esquema del sistema de evaporación térmico en vació.

Fig. 5 Sistema de depósito químico. (3) El depósito químico es una de las técnicas más sencillas, debido a que no requiere gran infraestructura para llevarse a cabo Es un proceso de crecimiento en solución de ión por ión en película delgada. Fig. 5 Sistema de depósito químico. (3)

Fig. 6 Sistema de deposito en fase vapor. (3) Depósito en fase vapor: Deposito mediante una reacción química ocurriendo en fase gaseosa sobre la superficie del substrato. Normalmente el substrato está más caliente que sus alrededores para activar la reacción. Otras formas de activarlas son: descarga incandescente o radiación ultravioleta. (4) Descripción: Un crisol de cerámica colocado en una canasta cónica de alambre de molibdeno se utiliza como fuente del CdTe, la temperatura de la fuente y por lo tanto el flujo, puede ser fácilmente controlado por ajuste de la corriente a través de dicho alambre. Fig. 6 Sistema de deposito en fase vapor. (3)

Fig. 7 Cámara de depósito por la técnica Sputtering. (3) Consiste en la expulsión de átomos desde la superficie de un material (target o blanco) mediante bombardeo con partículas energéticas. Los átomos expulsados pueden condensarse sobre el substrato y formar una película delgada. En el modo R.F. Sputtering, el proceso es inducido por plasma. Se utiliza un campo magnético para realizar la ignición del plasma, la energía del ión, la densidad del plasma, la velocidad del plasma y la adhesión de la película.  Fig. 7 Cámara de depósito por la técnica Sputtering. (3)

Fig. 8 Sistema de depósito por CSS. (3) Sublimación por espacio cercano: La técnica de sublimación por espacio cercano, CSS, consiste en la deposición de un material semiconductor sobre substratos metálicos a partir de la sublimación de un material fuente a elevadas temperaturas y presiones bajas.  Descripción: Básicamente este dispositivo consiste en una placa de grafito usado como material fuente, se fijan dos soportes para colocar el substrato paralelamente al material fuente. La distancia entre la fuente y el substrato oscila entre 2 y 5 mm. Fig. 8 Sistema de depósito por CSS. (3)

  Electrodepósito: Permite depositar un material semiconductor sobre un substrato conductor de la electricidad, mediante la electrólisis, aplicando una densidad de corriente eléctrica en el substrato y un electrolito conductivo. Fig. 9 Electrodeposicion para celdas de CdTe

Técnicas de caracterización Caracterización Morfológica: Para realizar la caracterización morfológica se utilizó el Microscopio Electrónico de Barrido (SEM, por sus siglas en inglés). El Microscopio Electrónico de Barrido, es una herramienta importante para conocer la morfología de las películas depositadas, se puede estimar también la posible dependencia del substrato en el crecimiento de las películas. Fig. 10 SEM del perfil de una muestra de CdTe.

Espectroscopia electrónica Auger: La microscopía electrónica Auger es la técnica más ampliamente usada para estudios de la composición de la superficie en sólido. Permite detectar todos los elementos, excepto el hidrógeno y el helio, con una sensibilidad hasta 0.1 por ciento de monocapa atómica y es posible cuantificar la concentración relativa de elementos presentes con un error (que depende de varios factores) típico del 20%. Fig. 11 Espectroscopia electrónica Auger realizada a la película de CdTe normal.

Fig.12 Espectro de reflectancia de la película de CdTe. Caracterización óptica: El método más directo y quizás más simple de conocer la estructura de banda de los semiconductores es la medición del espectro de absorción. En general, la conducta de electrones en átomos y moléculas se estudió, por mucho tiempo, a través de los resultados de la espectroscopia. El valor del coeficiente de absorción y las características físicas del tipo de transición permiten la medición de parámetros que caracterizan al semiconductor y originan una gran cantidad de aplicaciones prácticas. Fig.12 Espectro de reflectancia de la película de CdTe.

Referencias   (1)  J.J. Lofersky, “ Recent Research on Photovoltaic Solar Energy Converters”, en Proceedings of the IEEE, 51 (1963) 667-674. (2)  F%A1sica%20de%Semiconductores.pdf. Física de semiconductores. Autores: Dr. Osvaldo Vigil Galán, Dr. Andrés Martel Arbelo. (3)  Universidad del Paso Texas. (4) Catalano P.J.; First WCPEP (1994