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Seleniuro di rame, indio e gallio

  |   Chimica, Chimica Generale

Il seleniuro di rame, indio e gallio è un semiconduttore utilizzato nelle celle solari per le sue proprietà elettroniche e ottiche.

L’energia solare è una fonte di energia rinnovabile alternativa ai classici combustibili fossili.

La maggior parte dei dispositivi fotovoltaici presenti sul mercato si basano su wafer di silicio ma la tecnologia a film sottile offre prospettive per una riduzione dei costi dei materiali.

Il tellururo di cadmio (CdTe), il silicio amorfo (a-Si) e il seleniuro di rame indio e gallio (CIGS) sono tre tecnologie a film sottile che hanno raggiunto la produzione commerciale.

Composizione

Le celle solari di seleniuro di rame, indio e gallio sono costituite da una serie di film depositati su un substrato rigido o flessibile. Il primo film, tipicamente di molibdeno funge da contatto ed è coperto dal film Cu(In,Ga)Se2 . La maggior parte della luce è assorbita dal film sottile ed è generata la fotocorrente, come risultato dell’esposizione alla potenza radiante.

Un’eterogiunzione, interfaccia tra due strati o regioni di semiconduttori dissimili che hanno una banda proibita diversa, è formata depositando uno strato di solfuro di cadmio e uno strato finestra trasparente a gap largo come ossido di zinco ZnO fortemente drogato

Struttura

Il seleniuro di rame, indio e gallio ha una struttura cristallina di calcopirite. Ciascun anione Se2- è coordinato da due cationi di rame, indio e gallio

struttura Seleniuro di rame, indio e gallio

Esso  si ottiene sostituendo parzialmente l’indio nel seleniuro di rame e indio con il gallio . Poiché il raggio atomico del gallio è più piccolo rispetto a quello dell’indio le costanti del reticolo diminuiranno all’aumentare del contenuto di gallio.

Il gap di banda di Cu(In,Ga)Se 2 dipende dal rapporto di Cu/(In , Ga). I gap di banda di CuInSe2 e CuGaSe2 sono rispettivamente di 1.02 e 1.67 eV pertanto quello del seleniuro di rame, indio e gallio varia tra 1.02 e 1.67 eV

Tecnologia

Per ottenere il CIGS si possono usare diversi metodi tra cui quello della coevaporazione in cui in quattro sorgenti Cu, In, Ga e Se, a seguito di riscaldamento evaporano

La temperatura di riscaldamento è specifica per ciascuna sorgente: quella dei metalli è superiore a quella del selenio. Il punto debole di questa tecnica risiede nel controllo dei flusso degli elementi nel processo di coevaporazione.

Per ottenere nanoparticelle di CIGS sferiche, con diametri compresi tra 20-40 nm si fanno reagire le polveri elementari di Cu, In, Se e il nitrato di gallio in un’autoclave.

Si usa, quale solvente la etilendiammina e si mantiene una temperatura di 200°C per 36 ore.

Tra gli altri vi è poi il processo in due fasi. Nella  prima fase si deposita una pila di strati precursori dei metalli. Nella fase successiva, gli strati di lega precursore depositati sono trasferiti in un forno per la selenizzazione usando seleniuro di idrogeno o polveri di selenio