CRECIMIENTO DE PELÍCULAS SEMICONDUCTORAS DE ZNS USANDO SALES METÁLICAS POR BAÑO QUÍMICO PARA APLICACIONES FOTOVOLTAICAS Bravo Amézquita C.E. (1), Santos Cruz J. (1), Castañedo Pérez R. (2), Torres Delgado G. (2), Coronel Hernández J.J. (1), Mejía Rodríguez R. (1), Zelaya Ángel O. (3) (1) Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Química, Materiales, Querétaro, 76010, México. (2) Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Querétaro A.P. 1‐798, Querétaro, Qro. 76001 México. (3) Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Departamento de Física, A.P. 14-740, México 07360 D.F., México. RESUMEN En el presente trabajo se obtuvieron películas delgadas de ZnS mediante la técnica de baño químico con buenas características ópticas, estructurales y eléctricas para aplicarlas en celdas solares y obtener eficiencias competitivas a nivel nacional e internacional. Para mejorar las propiedades de las películas semiconductoras, en su obtención se sustituyó al CdS (por ZnS) que se ha catalogado como posible material dañino para la sociedad y el medio ambiente por su contenido de cadmio. INTRODUCCIÓN Actualmente, la obtención de energía exige un gasto económico significativo además de que para obtenerla se ve dañado el medio ambiente usando energías no renovables las cuales nos llevarán a una crisis energética a nivel mundial. Previendo esto se buscan nuevas energías renovables como lo son las celdas solares las cuales de manera muy general hacen uso de la irradiación solar para transformarla en energía eléctrica. El rendimiento de celdas solares de más reciente desarrollo, supera el 30%, comparado con el 15% de muchos generadores eléctricos. Es la relación costo/beneficio lo que mantiene el uso de paneles solares como una solución que es considerada sólo cuando resulta más barata que el uso de otras formas de energía. Sin embargo, aquellos lugares en los cuales no hay acceso al uso de otras energías, el uso de energía solar es una excelente alternativa. 1 EXPERIMENTAL Durante el crecimiento de las películas delgadas de ZnS por la técnica de baño químico se variaron: i) los reactivos, ii) solventes, iii) La temperatura del baño de 60-90 °C, iv) la razón [S]/[Zn] en la solución, con la finalidad de obtener la mejor estequiometria del compuesto y v) el PH de la solución. Las películas se caracterizaron ópticamente por espectroscopia Uv-Vis, estructuralmente mediante difracción de rayos X. La resistividad eléctrica por el método de 4 puntas. Las películas delgadas semiconductoras con las mejores propiedades ópticas, estructurales y eléctricas, se les dará tratamiento térmico en aire y nitrógeno variando la temperatura desde un intervalo de 200-600 °C. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 400 600 800 1000 100 400 600 800 1000 ZnS12 100 80 80 60 60 [S]/[Zn]=12 20 20 0 100 0 100 60 60 40 40 [S]/[Zn]=9 20 T (%) T (%) 80 80 [S]/[Zn]=3 20 ZnS9 Intensidad Ray-X (a.u.) [S]/[Zn]=5 40 40 ZnS7 ZnS5 (111) C ZnS3 100 0 0 ZnS1 100 80 (220)C (113)C 80 60 60 [S]/[Zn]=7 40 [S]/[Zn]=1 0 400 600 800 Fig. 1 Transmisión óptica de películas de ZnS a razón 1, 3 y 5. 1000 20 40 60 80 2 (grados) 20 20 0 40 400 600 800 1000 Fig. 2 Transmisión óptica de películas de ZnS a razón 7, 9 y 12. Fig. 3 Rayos X obtenidos variando la razón de [S]/ [Zn]. Se observan los difractogramas de rayos X, para las razones [Zn]/[S] 1 y 3 se observa tres picos que corresponden a los planos (111) C, (220)C y (113)C con una ligera orientación preferencial en el plano (111)C. Al incrementarse la razón [Zn]/[S] se puede observar que el material es más amorfo. El rango de espesor obtenido de las películas de ZnS fue de 1.94 a 91.14 nm. El valor máximo corresponde a la película de [S]/ [Zn] =5 como se muestra en la figura 1 y 2; el valor mínimo de espesor corresponde a la razón de 3. 2 1.60E+015 3.9 3.8 1.20E+015 3.7 1.00E+015 ZnS, Eg (eV) Resistividad ( cm) 1.40E+015 8.00E+014 6.00E+014 4.00E+014 3.6 3.5 3.4 2.00E+014 3.3 0.00E+000 0 2 4 6 8 10 Razón S/Zn Fig. 4 Resistividad eléctrica de las películas de ZnS Se observa un valor mínimo para la razón 5 y es aproximadamente de 2.3x108 y el valor máximo es para la razón de 9 y es 4.4 x 109 . 12 3.2 0 2 4 6 8 10 12 Ratio [S]/[Zn] Fig. 5 Muestra el Gap a diferentes razones de concentración, de ZnS; los valores están entre 3.825 a 3.28 eV, donde el valor máximo corresponde a la razón [Zn]/[S] de 1 y el menor a la de 12 lo cual puede estar directamente relacionado a la estequiometría del ZnS. Fig. 6 Equipo utilizado para realizar baño químico. 3 CONCLUSIONES En base a los resultados de esta investigación se concluye que la película que muestra las mejores propiedades ópticas, estructurales y eléctricas corresponde a la razón de 5. El Gap del monocristal de ZnS tiene un valor de 3.5 eV, nosotros obtuvimos un valor muy cercano con las películas de ZnS a razones de [Zn]/[S] = 5, 7 y 9 con valores de 3.48, 3.43 y 3.41 respectivamente . La transmisión de todas las películas supera el 90%. La resistencia mínima obtenida para estás películas es de 2.3x108 y también corresponde a la razón [Zn]/[S] = 5. Las películas son policristalinas, éstas fueron obtenidas a una temperatura de 75 °C y por una técnica muy económica. 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