Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Apr 2004)
Estudio de la reacción de sulfurización de precursores Cu/In para la formación de capas delgadas policristalinas de CuInS<sub>2</sub> para células solares
Abstract
The details of the sulphurisation reaction of Cu/In metallic precursors layers for the preparation of CuInS2 solar cells have been investigated. For this purpose, we have designed an experiment using a combined sequence of sulphurisation and selenization steps. Analysing the resultant layers by Raman Spectroscopy and Auger Electron Spectroscopy (AES) we could study the details of the chemical reaction. By this method we have been able to identify where the chemical reaction between the metallic species and the reactive atmosphere takes place. Besides, we have developed an experimental system to analyse the sulphurisation process in-situ by Raman spectroscopy. With this system we studied the evolution of the material structure during the sulphurisation process. The experimental results prove that the reaction takes place in the surface, forming in the firsts steps CuInS2 in two different structures (chalcopyrite and CuAu ordering). Afterwards, the out-diffusion of the metallic atoms towards the surface allows the reaction between them and the sulphur vapour. Together with the sulphurisation process the improvement of the crystalline quality of the CuInS2 forming a chalcopyrite CuInS2 layer has been observed.En este trabajo se presenta un estudio detallado de los procesos implicados en la sulfurización de capas metálicas de Cu-In para la fabricación de células solares de CuInS2. Con este objeto, se ha desarrollado un experimento de sulfurización parcial de las capas, que han sido sometidas posteriormente a un tratamiento de selenización. El estudio de estas estructuras mediante Espectroscopía Raman y Espectroscopía de Electrones Auger (AES) ha permitido conocer algunos de los detalles de la reacción química, en concreto la identificación del frente de crecimiento de la reacción de sulfurización. Paralelamente, se ha desarrollado un sistema experimental que ha hecho posible investigar in-situ la reacción de sulfurización por Espectroscopía Raman, lo cual ha permitido un seguimiento preciso de la evolución estructural del material durante el proceso. Los resultados experimentales demuestran que la reacción de sulfurización se inicia en la superficie de la capa, dando lugar a la formación de CuInS2, coexistiendo dos estructuras cristalinas polimórficas (calcopirita y orden catiónico CuAu). Posteriormente la reacción química continúa asistida por la difusión de los metales hacia la superficie, que reaccionan con la atmósfera de azufre, de forma simultánea se produce una transformación de la fase CuAu del compuesto en la estructura calcopirita.
