Improving the optical and crystalline properties on CdS thin films growth on small and large area by using CBD technique

M.L. Albor Aguilera^a,*, J.M. Flores Márquez^a, M.A. González Trujillo^b, C. Hernández Vásquez^a, G. Contreras Puente^a, C. Mejía García^a and G. Rueda Morales^a

^a Escuela Superior de Física y Matemáticas Instituto Politécnico Nacional, Depto. de Física, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, México D.F., 07738 México.

^b Escuela Superior de Cómputo Instituto Politécnico Nacional, Depto. de Formación Básica, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, México D.F., 07738 México.

Abstract

CdS polycrystalline thin films have been used as window layer in solar cells; the optical and crystalline quality of the CdS-partner plays an important role in the photovoltaic device performance. CdS thin films were deposited by using Chemical Bath Deposition (CBD). The SnO₂ :F substrates used were chemically treated with HCl (0.1M) and others were thermally annealed in different atmospheres (Ar y O₂). The physical properties of CdS thin films were influenced by the HCl treatment, position, size and the substrates movement inside the reaction beaker. The CdS samples were deposited in áreas of 4 cm², 50 cm² and 100 cm². Finaly CdS thin films with thickness of 35-300 nm with good optical and crystalline quality on a uniform morphology were obtained. Transmittance values were obtained for all samples about 85-90% with an average of gap energy of 2.5 eV.

Keywords: CdS; CBD; solar cells.

Resumen

Las películas delgadas policristalinas de CdS han sido usadas como el material ventana en celdas solares; la calidad (óptica y cristalina de la película delgada de CdS juega un papel muy importante en el desempeño del dispositivo fotovoltaíco. Películas delgadas de CdS fueron depositadas utilizando la técnica de bario químico (DBQ). Los substratos de SnO₂ :F utilizados fueron tratados químicamente con HCl (0.1M) y algunos otros fueron térmicamente recocidos en diferentes atmosferas (Ar and O₂). Observamos que las propiedades físicas de las películas delgadas de CdS se ven influenciadas por el tratamiento con HCl, la posición, el tamaño y el movimiento del substrato dentro del vaso reactor. Las muestras de CdS se depositaron en áreas de 4 cm², 50 cm² and 100 cm². Finalmente se obtivieron películas delgadas con espesores de 35 - 300 nm con buena calidad óptica y cristalina en una morfología uniforme. Los Los valores de transmitancia en las muestras obtenidas se encuentran entre un 85 y 90% con una brecha prohibida de energía promedio de 2.5 eV.

Palabras clave: CdS; CBD; celdas solares.

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

Acknowledgements

This work was sponsored by IPN (SIP 20150214 and SIP 20150231).

References

1. B.A. Kulp, Phys Rev. 125 (1962) 1865.         [ Links ]

2. Martin A. Green, Keith Emergy, Yoshihiro Hishikawa, Wilhelm Warta and Ewan D. Dunlop, Solar cell efficiency tables (Version 45), Progress in photovoltaics (2015) 2-3.         [ Links ]

3. T. Aramoto, M. Tsuji, et. al., Highly efficient large area thin film CdS/CdTe sub-module, PV R & D Center, Matsushita Battery Industrial Co., Ltd, Moriguchi, Osaka 570.851 1, Japan.         [ Links ]

4. Arturo Morales-Acevedo Can we improve the record efficiency of CdS/CdTe solar cells?, Solar Energy Materials & Solar Cells 90 (2006) 2213-2220.         [ Links ]

5. Anke E. Abken, D.P. Halliday and Ken Durose, Photolumines-cence study of polycrystalline photovoltaic CdS thin film layers grown byclose-spaced sublimation and chemical bath deposition, J. Appl. Phy. 105 (2009)064515.         [ Links ]

6. Y. Shiraki, T. Shimada and K.F. Komatsubara, Optical studies of deep-center luminescence in CdS J. Appl. Phys. 45 (1974) 3554-3561.         [ Links ]