Desarrollo de celdas solares TCO/CdS/CdTe/Cu-Au mediante un proceso de activación no tóxico con MgCl2

La demanda de energía eléctrica en el mundo es cada vez mayor, y para producirla en la actualidad dependemos aún en gran medida de los combustibles fósiles para satisfacer estos requerimientos. Sin embargo, este tipo de producción genera una alta contaminación en el planeta que afecta a todos los seres vivos. Este trabajo de investigación se basa en el estudio de las celdas solares de CdS/CdTe y su proceso de optimización basado en la activación con MgCl2. En una primera parte se desarrollaron películas delgadas de CdS dopadas con indio. La incorporación de indio se realizó en las primeras etapas del proceso de baño químico. Los estudios de XRD mostraron una fase cúbica para todas las muestras y que los iones In3+ se incorporaron a la red de manera sustitucional a baja concentración e intersticialmente a alta concentración. Las mediciones de microscopia electrónica de barrido (SEM) revelaron que la morfología de las películas no se vio afectada significativamente por el dopaje con indio. La transmitancia de las películas dopadas con In fue superior al 70 % para todas las muestras y el intervalo de banda prohibida calculado entre 2.32 - 2.44 eV. Las propiedades eléctricas muestran un incremento en la concentración de portadores de 1.3x1015 cm-3 a 2x1016 cm-3 y una disminución en la resistividad de 330 Ω•cm a 15 Ω•cm debido a la incorporación de indio. Por otra parte, se analizó el tratamiento de activación alterno y no contaminante con MgCl2 para las celdas fabricadas a base CdS/CdTe. Los dispositivos fueron analizados por SEM, y se observa el cambio en la morfología de los granos después del tratamiento de activación. La caracterización J-V mostró una mejora en los parámetros como VOC, JSC y FF. La eficiencia de 4.4 % del dispositivo sin activación aumentó a 11.92 % cuando se utilizó MgCl2 y a 7.42 % con CdCl2. El análisis de eficiencia cuántica (EQE) corroboró una mayor eficiencia con el dispositivo activado con el compuesto de MgCl2 no tóxico respecto a los otros dos dispositivos comparados. Los perfiles C-V mostraron el impacto en la concentración de portadores, que es mayor en el nuevo dispositivo. Adicionalmente, la simulación en SCAPS-1D demostró un comportamiento similar en el perfil de concentración de portadores al obtenido experimentalmente. El dispositivo activado con MgCl2 obtuvo una eficiencia máxima de 11.92 %; con características de Voc, JSC y FF de 760 mV, 27.02 mA /cm2 y 0.58, respectivamente.