Síntesis de kesterita Cu₂ZnSn(S,Se)₄ mediante métodos de hot-injection y solvotermal

Abstract

INTRODUCCIÓNLa posibilidad de utilizar capas delgadas para preparar módulos fotovoltaicos es una alternativa deseada por el enorme ahorro de materiales costosos y la simplificación del proceso de fabricación. Además, el aspecto homogéneo y elegante de estos módulos, así como la libertad de formas y diseños que permiten, los hace atractivos para su integración arquitectónica en edificios. Además, estos sistemas pueden proporcionar grandes extensiones de módulos fotovoltaicos de cara a las demandas crecientes en un futuro próximo. El sistema fotovoltaico de calcopirita Cu(In,Ga)(S,Se) 2 (CIGS) ha sido considerado como una de las más prometedoras tecnologías de células solares para la generación de energía debido a su estabilidad físico-química y sus eficiencias altas (alrededor de ~ 20 %), aproximándose así a las de silicio cristalino [1]. Asimismo, su procesamiento basado en películas delgadas, permite una rápida transferencia del proceso de deposición a grandes áreas, permitiendo su incorporación fácil a escala industrial a costes de fabricación menores. Por otra parte, la gran demanda de Indio en otras tecnologías (como es la industria electrónica) ha provocado un incremento importante de su valor en los mercados, por lo que actualmente es considerada como materia prima critica [2]. En este aspecto, el sistema Cu 2 ZnSnS 4 (CZTS), que cristaliza en la estructura kesterita, isoestructural con la calcopirita, es una alternativa prometedora, debido a que presenta un "band gap" de 1,5 eV y un elevado coeficiente de absorción (~10 4 cm -1) [3][4][5][6][7][8][9]. Igualmente, dicho sistema es sostenible, ya que destaca por la ausencia de elementos tóxicos, lo que le proporciona un gran atractivo medioambiental, conjuntamente con un ahorro económico importante, debido a la incorporación de materias primas de bajo coste y abundantes en la corteza terrestre [10][11][12][13]. Además, se ha demostrado que la eficiencia de este tipo de células solares aumenta significativamente, sustituyendo parcialmente el S por Se formando una solución sólida Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 (CZTSSe) y obteniendo así una eficiencia record de 9.6 %. [14]. Por todo ello, el sistema CZTSSe presenta un interés significativo para su estudio, desarrollo y aplicación a gran escala en el campo fotovoltaico.En la bibliografía se relatan diversas rutas para la obtención de capas delgadas de tipo CZTS. Dentro de las diferentes clasificaciones existentes, estas las podríamos clasificar en dos grandes grupos: procesos de síntesis en vacío y procesos de no vacío. Dentro del primer grupo destacan la coevaporación [15], sputtering [16][17][18] y deposición mediante laser [19]. Estos métodos de síntesis presentan algunos inconvenientes como es la necesidad de equipamientos específicos con un elevado coste y la formación de fases secundarias durante el proceso de deposición. Con el fin de disminuir los costes y aumentar En el presente trabajo se han sintetizado compuestos con estructura de kesterita Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 mediante métodos de síntesis "hot-injection" y solvote...

High Recovery of Selenium from Kesterite‐Based Photovoltaic Cells

“…Kesterite powder, Cu 2 ZnSn(S,Se) 4 , was synthesized in ampoules by mixing its constituents according to a previously described method by Shah and co‐workers, although other synthetic routes have been reported . Kesterite was obtained in form of a black mineral, easily pulverized manually.…”

“…Deeper structural studies based on X‐ray diffraction allowed to identify kesterite, CZTSSe, as the main phase present,[19b] and as secondary phases Zn(S,Se) and Sn(S,Se) were recognized, although only in a few percentage (Figure ).…”

Easy and low-cost aqueous precipitation method to obtain Cu2ZnSn(S, Se)4 thin layers

“…In addition, selenization is totally avoided, thus it is environmental positive. Other routes based on nanoparticles 23 , solvothermal [24][25][26] , rotatory ball milling 27 , microwave 28 , hot-injection 25,[29][30][31][32] or non-injection methods 33 , spray pyrolisis 34 have been also applied, but with inferior effectiveness for CZTSSe production.…”

Obtención de estructuras calcopirita (CIGS) y kesterita (CZTS) como absorbentes para dispositivos fotovoltaicos de capa fina mediante métodos de síntesis de bajo coste

“…El disolvente mayoritariamente empleado ha sido la oleilamina. Mediante este método se han logrado buenos resultados [133][134][135][136][137] con eficiencias hasta 9% en compuestos "mixtos" [106] y alrededor de 7% en compuestos de disoluciones sólidas con Ge [138]. Existen varios estudios empleando microondas [139] y la síntesis a través de molino de bolas ("rotatory ball milling") [140].…”