Caracterización por espectroscopia Raman de semiconductores Cu2ZnSnS4 para nuevas tecnologías fotovoltaicas

El trabajo se ha centrado en el analisis del compuesto Cu2ZnSnS4 (CZTS) mediante la tecnica de espectroscopia de dispersion Raman, para una mayor optimizacion de los procesos de crecimiento de capas absorbedoras y la fabricacion de celdas fotovoltaicas. Inicialmente, se da una vision del panorama actual del mercado de la energia fotovoltaica, con especial enfasis en destacar las diferentes tecnologias utilizadas en la fabricacion de celdas solares. Dentro de estas tecnologias, el estudio se centra en el uso del compuesto CZTS, ya que se trata de un semiconductor con interesantes propiedades optoelectronicas que esta constituido por elementos muy abundantes en la corteza terrestre y de nula toxicidad, lo que lo convierte en un candidato especialmente adecuado para el desarrollo de tecnologias fotovoltaicas sostenibles y de produccion a gran escala. Dado que la gran mayoria de experimentos presentados en este trabajo son de espectroscopia Raman, tambien hay una breve introduccion a la teoria de dispersion inelastica de la luz y al efecto Raman en si. Tambien se describen las diferentes configuraciones experimentales llevadas a cabo durante la tesis, se muestra el equipamiento utilizado en los experimentos y se introduce el concepto de la espectroscopia Raman-Auger, presentando un primer experimento efectuado sobre una capa de CIGSe. En un intento de profundizar en el conocimiento de las propiedades vibracionales del Cu2ZnSnS4 como paso previo a la caracterizacion del compuesto, se ha recopilado la informacion disponible en las referencias bibliograficas actuales sobre la estructura cristalina del material y se ha realizado una serie de analisis de espectroscopia Raman: en primer lugar se ha analizado una capa de referencia de CZTS con diferentes configuraciones de polarizacion para establecer los modos de simetria, y posteriormente se ha procedido a la identificacion de los picos Raman. Dicha identificacion se ha realizado mediante diferentes longitudes de onda de excitacion para activar de forma mas o menos efectiva los distintos modos de vibracion. Por ultimo se han estudiado los efectos debidos al desorden y los defectos estructurales. Como consecuencia de la cantidad de elementos involucrados en el compuesto de CZTS y la complejidad de las reacciones de formacion implicadas, es esperable la aparicion de fases secundarias binarias de Cu/Zn/Sn-S y ternarias de Cu-Sn-S. Dada la gran relevancia que tienen dichas fases secundarias en las propiedades optoelectronicas de los dispositivos, se ha desarrollado una metodologia para su determinacion, haciendo especial hincapie en la identificacion de estas fases secundarias mediante la excitacion selectiva en condiciones de pre-resonancia y argumentando el uso de la espectroscopia Raman por encima de otras tecnicas de caracterizacion mas comunes como la difraccion de rayos X (XRD). Por ultimo, se ha implementado todo lo estudiado anterior para una serie de capas de CZTS ricas en Zn de grado fotovoltaico, que han sido preparadas por sulfurizacion de stacks metalicos y analizadas mediante combinacion de tecnicas de XRD y espectroscopias Raman y Auger. A partir de los resultados obtenidos del analisis en profundidad de las capas para diferentes valores de tiempo y temperatura de recocido, se ha propuesto una reaccion de formacion del CZTS.