Células de capa fina


Uno de los descubrimientos científicos de semiconductor de pelícuaa fina para ordenadores pelicula fina también tiene un gran potencial en la industria de la energía fotovoltaica (PV) : tecnología de película delgada. La “película delgada”, término que proviene del método utilizado para el depósito de la película, no de la delgadez de la película: En las células de película delgada se depositan en sucesivas capas de átomos muy delgadas, moléculas o iones. Las células de película delgada tienen muchas ventajas sobre sus contrapartes “de película gruesa” . Por ejemplo, usan mucho menos material -la zona activa de la célula suele ser sólo de 1 a 10 micrómetros de espesor, mientras que las películas gruesas generalmente son de 100 a 300 micrómetros de espesor. Además, células de película delgada por lo general pueden ser fabricados en un proceso de gran superficie, que puede ser un proceso automatizado y de producción continua. Por último, pueden ser depositados en  materiales de sustrato flexible.

Deposición de película delgada.

Diferente variedad de técnicas de deposición pueden utilizar se, y todos ellas son potencialmente menos caros que los lingotes de las técnicas necesarias para el crecimiento de silicio cristalino. A grandes rasgos,   se pueden clasificar las técnicas de deposición en: La deposición física de vapor y la deposición química de vapor, la deposición electroquímica, o una combinación. Y como el silicio amorfo, las capas pueden ser depositados en varios sustratos de bajo costo (o “superstrates”) como el vidrio, acero inoxidable o de plástico en virtualmente cualquier forma. Además, estos procesos de deposición se pueden ampliar fácilmente, lo que significa que la misma técnica empleada para hacer una de 2 pulgadas x 2-pulgadas de células de laboratorio puede ser utilizado para hacer una de 2 pies x 5 pies de módulos fotovoltaicos – en cierto sentido, es sólo una célula fotovoltaica enorme. Las películas delgadas se diferencia de las células monocristalinas de silicio, que debe ser interconectadas individualmente en un módulo. En cambio, los dispositivos de película delgada se puede hacer como una sola unidad – es decir, monolíticamente – con capa sobre capa, se depositan de forma secuencial en un sustrato, como la deposición de un recubrimiento antirreflectante y transparente de óxido conductor.

Estructura de las células de capa fina.

capas semiconductoras

Las céluas de película delgada policristalinas tienen una estructura de heterounión, en la que la capa superior está hecha de un material semiconductor diferente a la capa de semiconductor de fondo. La capa superior, por lo general type-n, es una "ventana" que permite el paso de casi toda la luz a través de la capa "absorbente", por lo general de tipo-p. Un "contacto óhmico" se utiliza a menudo para proporcionar una buena conexión eléctrica con el sustrato.

A diferencia de la mayoría de las células monocristalinas, una típica película delgada dispositivo no dispone de una rejilla de metal para el contacto eléctrico superior. En su lugar, utiliza una capa fina de óxido  transparente, tales como el óxido de estaño. Estos óxidos son muy transparentes y conducen la electricidad muy bien. Un revestimiento anti separado podría rematar el dispositivo, a menos que el óxido transparente sirva para la realización de esa función.

Las células policristalinas de película delgada  están hechas de muchos pequeños granos  de materiales semiconductores cristalinos. Los materiales utilizados en estas células de película delgada policristalina tienen propiedades que son diferentes de las de silicio. Así pues, parece que funciona mejor para crear el campo eléctrico con una interfaz entre dos materiales semiconductores diferentes. Este tipo de interfaz se llama heterounión ( “hetero”, ya que está formado por dos materiales diferentes, en comparación con el homounión “formado por dos capas de dopados del mismo material, como el de células solares de silicio). La típica película delgada policristalina es muy delgada (menos de 0, 1 micras) por capa sobre la llamada “ventana” de la capa. El papel de la capa de ventana es la de absorber la energía de la luz de sólo el fin del espectro de alta energía . Debe ser lo suficientemente delgada y tener un gap suficientemente amplio (2, 8 eV o más) para que toda la luz disponible a través de la interfaz (heterounión) a la capa absorbente. La capa de absorción debajo de la ventana, por lo general dopada tipo-p, debe tener una alta absortividad (capacidad de absorción de fotones) de alta corriente y un espacio de banda adecuado para proporcionar una buena tensión. Sin embargo, es normalmente de  sólo 1 a 2 micras de espesor.

Diseleniuro de cobre e indio (CIS)

El diseleniuro de indio con cobre (CuInSe2 o “CIS”) tiene una cristalinocristalino absortividad extremadamente alta, lo que significa que el 99% de la luz que brilla en la CEI será absorbida en el primer micrómetro de los materiales. Las células a partir de la CEI suelen ser estructuras de hetereounión – estructuras en las que la unión se forma entre los semiconductores con gaps en bandas diferentes. El material más común para la parte superior o capa de ventana en los dispositivos de la CEI es el sulfuro de cadmio (CdS), aunque el zinc se agrega a veces para mejorar la transparencia. La adición de pequeñas cantidades de galio para la capa inferior de absorción de la CEI refuerza su banda prohibida de sus electrones normales de 1.0 voltios (eV), que mejora la tensión y por lo tanto la eficacia del dispositivo. Esta variación particular, se denomina de cobre diseleniuro de indio, galio o célula fotovoltaica “CIGS” .

Telururo de cadmio (CdTe)

Telururo de cadmio es otro prominente material de película delgada policristalina. Con una banda prohibida casi ideal de 1, 44 eV, CdTe también tiene una absortividad muy alta. Aunque CdTe es el más utilizado en dispositivos fotovoltaicos sin alear, es fácil la aleación de zinc, mercurio, y algunos otros elementos para modificar sus propiedades. Al igual que la CEI, las películas de CdTe pueden ser fabricados utilizando técnicas de bajo costo.

También, como la CEI, las mejores células CdTe emplean una interfaz heterounión, con sulfuro de cadmio (CdS) que actúa como una “ventana” capa delgada. El óxido de estaño se utiliza como un óxido transparente y la realización de revestimiento antirreflectante. Un problema con CdTe es que las películas de CdTe tipo-p tienden a ser altamente resistente eléctricamente, lo que conduce a grandes pérdidas por la resistencia interna. Una solución es permitir que la capa de CdTe a ser intrínseca (es decir, ni el tipo ni Type-p-N, pero natural), y añadir una capa de zinc Telluride tipo-p (CnTe) entre el CdTe y el contacto eléctrico trasero. Aunque están separados por CdS tipo-n y el tipo-p CnTe, todavía forma un campo eléctrico que se extiende a la derecha a través de la CdTe intrínseco. Cuando se trata de hacer que las células de CdTe, una amplia variedad de métodos son posibles, incluyendo la sublimación en espacio cerrado, electrodeposición y deposición química de vapor.

Película delgada de silicio.

El término “de película delgada silicio” generalmente se refiere a los dispositivos basados en silicio PV distintos de las células de silicio amorfo y de una sola las célula de silicio cristalino (cuando la capa de silicio es más gruesa de 200 micrómetros). Estas películas han absortividad alta de la luz y pueden requerir espesores de células de sólo unos pocos micrómetros o menos. De silicio nanocristalinos y los pequeños de silicio policristalino de grano – considerado delgada de silicio de película – puede ser capaz de sustituir a las aleaciones de silicio amorfo como célula de fondo en los dispositivos de multijuntura. Como ocurre con otras películas delgadas, las ventajas son el ahorro de material, el diseño del dispositivo monolítico, utilización de sustratos de bajo costo, y procesos de fabricación que la temperatura es baja y es posible en grandes extensiones.

  1. #1 by Luis Ángel Quintero Gaz on 31 Octubre, 2009 - 3:14

    Hola quetal,

    Disculpe me parece muy interesante la publicacion de su blog, yo me encuentro realizando mi servicio social universitario en la Universidad de Sonora,en Hermosillo, Sonora México,en el Laboratorio de Semiconductores, el encargado del laboratorio me pidio buscar información relacionada con las peliculas delgadas de CdTe, y su blog me parece muy intersante, ppor lo que le pediria de favor si es de su buena voluntad poder enviarme a mi correo información mas detallada que trate sobre ese tema ya sean articulos, libros digitales, etc.

    Si puede enviarme algo le estaria enormemente agradecido.

    De antemano muchas gracias.
    Hasta pronto, saludos

  2. #2 by Techno Sun on 3 Noviembre, 2009 - 14:24

    No estamos especializados en este tipo de paneles solares con esta tecnología, pero tal vez te interese ente enlace:
    http://rmf.fciencias.unam.mx/pdf/rmf-s/44/3/44_3_074.pdf

  3. #3 by Jesus Capistran on 19 Noviembre, 2009 - 5:00

    Hola, bueno una respuesta para Luis Angel..

    Yo estoy trabajando como auxiliar de investigador en el CIE-UNAM en Temixco Morelos, en el departamento de Materiales Solares, yo te recomiendo que en la universidad donde estés te dejen buscar en el acervo de los Journals y articulos.

    De hecho estamos trabajando con celdas solares de película delgada PbS y PbSe. Una referencia muy importante es este grupo de trabajo del CIE, y que encabezan los Drs. Nair.

    Busca sus artículos.. el autor es P.K. Nair , yo no he revisado si ya hayan trabajado con CdTe

    saludos..

  4. #4 by Anónimo on 25 Septiembre, 2017 - 17:23

    Muchas gracias por la información!!!…

(No será publicado)