Desarrollo del material cuaternario CuxZnFeSy para aplicaciones en dispositivos solares

El compuesto Cu2ZnSnS4 ha emergido como una de las alternativas más viables y prometedoras en cuanto a materiales con aplicación en celdas solares debido a sus propiedades ópticas y eléctricas; se han reportado varias formas diferentes de obtener este compuesto, siendo una de ellas aquella en la que se utilizan sulfuros como precursores (CuS, ZnS, SnS). De manera análoga, el sulfuro de hierro ha llamado la atención de los investigadores en el campo de las celdas solares, ya que es un material semiconductor muy abundante y no tóxico con propiedades que podrían tener una gran aplicación en los dispositivos fotovoltaicos. En el presente trabajo se obtuvieron películas delgadas de un compuesto cuaternario similar al Cu2ZnSnS4 sustituyendo el Sn por el Fe, utilizando la técnica de evaporación en alto vacío. Se variaron las condiciones de intensidad de corriente y tiempo de depósito, con un posterior tratamiento térmico en atmósfera de azufre (sulfurizado) para obtener la estequiometría Cu2FeZnS4, las películas obtenidas fueron caracterizadas para determinar sus propiedades ópticas, eléctricas, morfológicas, su estructura cristalina y composición. Para ello se empleó, microscopía electrónica de barrido; espectroscopía ultravioleta-visible, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, difracción de rayos X, análisis de composición por EDS y se llevó a cabo un experimento de efecto Hall para determinar el tipo de semiconductor (p o n), la concentración de portadores de carga y la resistividad del material. A partir de estos análisis se determinó que se logró obtener el material Cu2FeZnS4, con una estructura tipo kesterita con composición homogénea en la película, semiconductor tipo n, coeficiente de absorción mayor a >104 cm-1, concentración de portadores ~1020 y ancho de banda prohibida entre 2.2-2.7 eV, con lo que se puede ver la factibilidad de que el material sea utilizado como capa absorbente en celdas solares.