Elaboración de capas delgadas semiconductoras basadas en óxidos metálicos utilizadas en células fotovoltaicas

Abstract

[ES] El trabajo de fin de grado que se presenta se basa en la elaboración de capas finas utilizadas en células solares con alta eficiencia. Con ello se pretende obtener células solares eficientes y que sean más económicas que las que se encuentran actualmente en el mercado. Para llevar a cabo este trabajo ha sido necesario el estudio de las distintas capas que conforman un dispositivo fotovoltaico, la experimentación para obtener dichas capas y su posterior caracterización mediante parámetros optoeléctricos y morfológicos. Además, también se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica para encontrar la composición idónea de óxidos metálicos permitiendo así su optimización. Finalmente se ha optado por la obtención mediante electrodeposición química (ED) de capas de ZnO como material transportador de cargas del dispositivo y su posterior dopaje con Indio para mejorar sus propiedades. Tras el análisis de los resultados ópticos obtenidos se ha concluido que la adición del Indio produce un aumento considerable de la energía del bandgap. El contenido en In en películas delgadas de ZnO disminuye la resistividad a temperatura ambiente de las películas depositadas y lo mismo ocurre con las propiedades ópticas, estas mejoran tras la adición del dopante. En cuanto a la morfología observada mediante FESEM, esta es similar a la obtenida para películas de ZnO sin dopantes, sin embargo se observa un claro aumento del tamaño de las nanoestructuras depositadas con la adición del In y una mejora de la cristalinidad. Los resultados obtenidos permiten la fabricación de células solares más eficientes y con mejores propiedades, lo que conlleva una disminución de la superficie requerida y por tanto una reducción del coste.

[EN] This project is based on the development of thin layers used in high efficiency solar cells. The aim is to obtain efficient solar cells that are cheaper than those currently on the market. To carry out this work it has been necessary to study the different layers that make up a photovoltaic device, the experimentation to obtain these layers and their subsequent characterization by means of optoelectric and morphological parameters. In addition, a bibliographic review has also been made in order to find the ideal composition of metallic oxides allowing its optimization. Finally, it has been decided to obtain ZnO layers by means of chemical electrodeposition (ED) as a carrier material for the device and its subsequent doping with Indio to improve its properties. After the analysis of the obtained optical results, it has been concluded that the addition of the Indium produces a considerable increase in bandgap energy. The content of In in thin films of ZnO decreases the resistivity at room temperature of the deposited films and as it happens with the optical properties, these improve after the addition of the dopant. Regarding the morphology observed by FESEM, this is similar to that obtained for ZnO films without dopants, however a clear increase in the size of the nanoestructures deposited with the addition of In and an improvement in crystallinity is observed. The results obtained allow the manufacture of more efficient solar cells and with better properties, which leads to a reduction in the required area and therefore a reduction in cost.

[CA] El treball de fi de grau que es presenta es basa en l’elaboració de capes fines utilitzades en cèl·lules solars amb alta eficiència. Amb això es pretén obtindre cèl·lules solars eficients i que siguen més econòmiques que les que es troben actualment en el mercat. Per a dur a terme aquest treball ha sigut necessari l’estudi de les diferents capes que conformen un dispositiu fotovoltaic, l’experimentació per a obtindre aquestes capes i la seua posterior caracterització mitjançant paràmetres optoeléctrics i morfològics. A més, també s’ha dut a terme una revisió bibliogràfica per a trobar la composició idònia d’òxids metàl·lics permetent així la seua optimització. Finalment s’ha optat per l’obtenció mitjançant electrodeposicio química (ED) de capes de ZnO com a material transportador de càrregues del dispositiu i el seu posterior dopatge amb In per a millorar les seues propietats. Després de l’anàlisi dels resultats òptics obtinguts s’ha conclòs que l’addició de l’In produeix un augment considerable de l’energia del bandgap. El contingut en In en pel·lícules primes de ZnO disminueix la resistivitat a temperatura ambient de les pel·lícules depositades i a l’igual ocorre amb les propietats òptiques, aquestes milloren després de l’addició del dopant. Quant a la morfologia observada per mitjà de FESEM, esta és semblant a l’obtinguda per a pel·lícules de ZnO sense dopantes, no obstant això s’observa un clar augment de la grandària de les nanoestructuras depositades amb l’addició de l’In i una millora de la cristalinidad. Els resultats obtinguts permeten la fabricació de cèl·lules solars més eficients i amb millors propietats, la qual cosa comporta una disminució de la superfície requerida i per tant una reducció del cost.