Estudo de Cu2ZnSnS4 obtido através de precursores metálicos e binários

Abstract

presente dissertação tem como objetivo o estudo, de filmes finos de (CZTS) a partir de precursores elementares e binários. O trabalho aqui apresentado encontra-se dividido em duas partes. Na primeira parte foram crescidos nas mesmas condições dois filmes de CZTS com precursores elementares (cobre, , zinco, e estanho, ) e sulfurizados num forno tubular. Posteriormente foram analisados, morfológica e estruturalmente, tendo-se verificado a existência de CZTS e de fases secundarias. Concluiu-se que os filmes são idênticos pelo que o processo de produção é reprodutível. Na segunda parte foram crescidos dois filmes de CZTS com precursores binários (sulfureto de cobre, , sulfureto de estanho e zinco elementar) e sulfurizados num forno tubular, onde no primeiro filme apenas se fez uma análise de concentrações de composição e no segundo foi feito um ajuste das condições de deposição com base na primeira. Nesta parte apenas se fez a análise estrutural do segundo filme revelando a presença de CZTS e de fases secundárias de CTS. Este último foi dividido em 3 partes que foram sujeitas a tratamentos químicos diferentes: um com cianeto de potássio (KCN), um com ácido clorídrico (HCl) e outro com ambos os tratamentos. Seguidamente com estes foram preparadas células fotovoltaicas. A caracterização elétrica mostrou que apenas a célula feita com base no CZTS sujeito ao tratamento com HCl apresentou uma eficiência significativa de 0,4%. Por fim foi crescido um novo filme através de precursores binários e sulfurizado por processamento térmico rápido (RTP). Este último foi dividido em duas partes em que uma das partes foi sujeita a um tratamento de HCl. De seguida foram preparadas duas células fotovoltaicas. A caracterização elétrica mostrou que apenas a célula com o tratamento de HCl apresentou uma eficiência de 2,5%. Esta dissertação está dividida em oito capítulos: Introdução, Princípios básicos de uma célula solar, , Técnicas de crescimento e caracterização do CZTS, Crescimento dos filmes finos de CZTS, Caracterização e discussão dos resultados, Conclusões e Bibliografia.

The present dissertation, aims for the study of (CZTS) thin films from elemental and binary precursors. The work here presented is divided into two parts. In the first part, were grown, under the same conditions, two CZTS films with elemental precursors (copper, , zinc and tin, ) and sulfurized in a tubular furnace. Subsequently analysed, morphologic and structurally, having verified the existence of CZTS and secondary phases. It was concluded that the films are identical so that the production process is reproducible. In the second part, were grown two CZTS films of binary precursors (copper sulphide, and tin sulphide, and elemental zinc), and sulfurized in a tubular furnace, where in the first film only had a compositional analysis of concentrations and in the second one an adjustment was made based on the first deposition. In this part only structural analysis for second film was made revealing the presence of CZTS and secondary phases of CTS. The latter was divided into 3 parts which have been subjected to different chemical treatments: one with potassium cyanide (KCN), hydrochloric acid (HCl) and another with both treatments. Next with these, photovoltaic cells were prepared. The electric characterization showed that only the cell made based on CZTS subjected to treatment with HCl showed a significant efficiency of 0,4%. Finally a new film was grown by binary precursors and sulphurised by rapid thermal processing (RTP). Next two photovoltaic cells were prepared. The electric characterization showed that only the cell with the HCl treatment showed an efficiency of 2,5%. This dissertation is divided into eight chapters: Introduction, Basic principles of a solar cell, , Growth techniques and Characterization of CZTS, Growth of CZTS thin films, Characterization and discussion of results, Conclusions and Bibliography