Películas de ZnS

Preparación y estudio de películas delgadas de ZnS y ZnS:In
Preparation and study of ZnS and ZnS:In thin films

M. Boteroa,b⋆, G. Gordilloa, C. Calderóna

aDepartamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
bDepartamento de Ciencias Naturales, Universidad Central, Bogotá, Colombia.

Recibido ; Aceptado ; Publicado en línea

Resumen
El ZnS y el ZnS:In son nuevoscompuestos fotovoltaicos caracterizados por ser no tóxicos y por tener propiedades adecuadas para ser usados como capa buffer en celdas solares. En este trabajo se presentan resultados relacionados con la preparación de estos compuestos por el método de co-evaporación y con el estudio de sus propiedades ópticas, estructurales y morfológicas a través de medidas de transmitancia espectral, difracciónde rayos-x (XRD) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Se obtuvieron películas delgadas de ZnS y ZnS:In con una brecha de energía prohibida Eg de 3.5 eV y se estableció que al dopar con In las películas delgadas de ZnS su resistividad eléctrica disminuye sin que se afecte el valor de Eg , ni el coeficiente de absorpción, lo cual es conveniente porque se pueden mejorar el grado de cubrimiento dela capa buffer sin que se afecte la absorción de fotones en la capa absorbente de la celda solar, ni el transporte eléctrico del dispositivo.

Palabras claves: Películas delgadas, ZnS buffer, propiedades estructurales, propiedades ópticas, AFM.
Abstract
ZnS and the ZnS:In are new photovoltaic compounds charactirzed to be non-toxic and to have suitable properties to be used as buffer layer insolar cells. In this work ZnS and ZnS:In thin films are prepared by co-evaporation and their optical, structural and morphological properties were studied through measurements of spectral transmittance, x-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). ZnS and ZnS:In thin films with energy band gap Eg of 3.5 eV were obtained and additionally was established that the doping with In lead toan increase of the electric conductivity without affecting its Eg value and the absorption coefficient; this results is convenient because so it is possible to improve the coverage degree of the buffer layer without affecting the absorption of photon in the absorber layer and the electrical transport of the solar cell.
Keywords: Thin films, ZnS buffer, structural properties,optical properties, AFM.
PACS: 68.55.Nq, 78.20.Ci, 68.37.Ps, 88.40.jm

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1. Introducción
Actualmente la más alta eficiencia lograda con celdas solares fabricadas con tecnología de película delgada de una sola juntura es de 20.3%; ésta se obtuvo con celdas basadas en Cu(In,Ga)Se2 (CIGS), usando CdS depositadas por CBD (chemical bathdeposition) como capa de acople mecánico o buffer [1]. El uso del CdS no es conveniente desde el punto de vista medioambiental por que es tóxico y por otro lado debido a que tienen un gap de energia prohibida Eg de 2.4 eV, lo cual produce pérdidas de fotocorriente ya que no se presenta absorción de fotones con energía en la region del UV y del azul. Debido a estas limitaciones del CdS,actualmente se realiza a nivel mundial estudios encaminados a desarrollar materiales que puedan ser usados como capa buffer alternativa al CdS. Entre los materiale que se consideran potenciales alternativas al CdS se encuentra el ZnS, debido a que es no tóxico y tiene un gap Eg de 3.6 eV [2], lo cual aumenta la respuesta en la región de longitud de onda corta; el ZnS tiene además propiedes que lohacen atractivo para el uso en dispositivos fotoluminiscentes y electroluminiscentes [3]. Las películas delgadas de ZnS se han depositado usando varias técnicas entre las que se encuentran: evaporación térmica, deposición por láser pulsado, sputtering, CVD (chemical vapor deposition) y CBD [4]. En este trabajo las películas delgadas de ZnS se depositaron usando un nuevo procedimiento basado en la...