Development of rtp processing for kesterite solar cells

Resumen

Esta tesis estudia el desarrollo de nuevas estrategias de recocido por Rapid Thermal Procesing (Procesos de Recocido Rápidos) para celdas solares de kesterita, Cu2ZnSn(Sx,Se1-x) (CZTSSe), gracias a que las celdas de kesterita únicamente poseen en su estructura materiales abundantes en la corteza terrestre y además, la producción por RTP es una de las técnicas que posee mayor consenso entre la comunidad científica para una plausible aplicación industrial posterior. Para la síntesis de la kesterita, la línea desarrollada en IREC se basa en los procesos secuenciales. En ellos se obtiene el precursor por sputtering y el absorbedor mediante hornos en etapas claramente diferenciadas. En esta tesis se presenta el estudio del desarrollo y optimización de un proceso de recocido basado en dos etapas por RTP, donde se busca minimizar el tiempo de recocido, sin comprometer las propiedades de la celda solar. Con susodicho proceso, se han llegado a obtener celdas con eficiencias de hasta 8.3% con un tiempo de recocido de solamente 12 minutos. A continuación, se presenta un estudio en profundidad sobre los entresijos del proceso de recocido, ayudando a esclarecer las partes intermedias del proceso, concluyendo que el proceso de síntesis de la kesterita procede por una competición entre mecanismos: el mecanismo dirigido por compuestos ternarios y el segundo por compuestos binarios. En la presente tesis se provee además con un estudio sobre la cinética de reacción para la síntesis de la kesterita por RTP, presentando los órdenes de reacción y concluyendo mediante un exhaustivo análisis de fases que no es posible la completa erradicación de los compuestos binarios para la síntesis de la kesterita. Finalmente, para estudiar la robustez del proceso de recocido desarrollado por RTP, ha sido extendido a precursores obtenidos por otra técnica de síntesis, en este caso la técnica escogida ha sido la del electrodepósito. Mediante el uso de precursores obtenidos por co-electrodepósito y su posterior recocido por RTP, se ha demostrado la robustez del proceso desarrollado en esta tesis al obtener eficiencias de hasta el 5.2%, la más alta reportada con esta secuencia.