Hall effect and transient surface photovoltage (SPV) study of Cu3BiS3 thin films

Efecto Hall y estudio de fotovoltaje superficial transiente (SPV) en películas delgadas de Cu3BiS3

Se presentan las propiedades eléctricas del compuesto Cu₃BiS₃ depositado por co-evaporación. Este es un nuevo compuesto que puede tener propiedades adecuadas para ser utilizado como capa absorbente en celdas solares. Las muestras fueron caracterizadas a través de medidas de efecto Hall y fotovoltaje superficial transiente (SPV). A través de medidas de efecto Hall se encontró que la concentración de portadores de carga n es del orden de 10¹⁶ cm^-3 independiente de la relación de masas de Cu/Bi. También se encontró que la movilidad de este compuesto (μ del orden de 4 cm² V ^-1s^-1) varía de acuerdo con los mecanismos de transporte que la gobiernan en dependencia con la temperatura. A partir de las medidas de SPV se encontró alta densidad de defectos superficiales, defectos que son pasivados al superponer una capa buffer sobre el compuesto Cu₃BiS₃.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos de calcopirita I-III-VI₂ son semiconductores de hueco directo y tienen propiedades adecuadas para su uso en la fabricación de células de unión simple o células en tándem (Repins et al. 2008, Kayes et al. 2011, Choi et al. 2012, Seo et al. 2012). Sin embargo, la máxima eficiencia de conversión reportada hasta la fecha para las células solares de tecnología de película delgada de unión simple se obtuvo mediante la fabricación del dispositivo utilizando compuestos del grupo Cu-III-VI₂ como la capa absorbente (Contreras et al. 2009, Green et al. 2012). Estos módulos solares que se basan en una película delgada de Cu (InGa)Se₂ (CIGS) ofrecen una mayor estabilidad y competitividad en el precio de los procesos de producción. Por el contrario, los compuestos basados en Cu-V-VI₂ se caracterizan por tener un bandgap prohibido que varía entre valores de 1,15 a 2,73 eV, lo que hace que este tipo de compuestos sean candidatos potencialmente útiles y atractivos para aplicaciones fotovoltaicas (Bar et al. 2008, Kawamura et al. 2009, Meiss et al. 2011, Mönig et al. 2011, Tadjarodi et al. 2012).

Por estas razones, el compuesto Cu₃BiS₃ ha tomado gran importancia en las aplicaciones optoelectrónicas. Este compuesto crece en una red cristalina ortorrómbica de tipo "wittichenita", donde esta fase se obtiene a temperaturas de 300 °C (Naiding 1994, Razmara et al. 1997). Se han utilizado varias técnicas para la preparación de muestras de Cu₃BiS₃, como la evaporación (Mesa et al. 2009, Colombara et al. 2012), vía PEG (polietilenglicol) (Yan et al. 2012), sputtering reactivo (Gerein et al. 2006) y CBD (Chemical Bath Deposition) (Estrella et al. 2003).