Estudio de la función trabajo de grafeno para uso como conductor transparente sobre la capa emisora para celdas de heterojuntura

Abstract

Desde la década de 1970, la energía fotovoltaica ha surgido como una solución clave para enfrentar la creciente crisis energética. En este contexto, la investigación se centra en evaluar la viabilidad del grafeno como óxido conductor transparente en celdas solares de silicio de heterojuntura con el propósito de reemplazar al costoso y limitado óxido de indio y estaño. Este tipo de celdas alcanzan actualmente una eficiencia del 26.6% en el mercado. Este estudio aborda el análisis de la función trabajo del óxido de grafeno, diversos tipos de silicio, y metales como platino y oro, buscando reducir la barrera de Schottky y mejorar así la eficiencia y rendimiento de las celdas solares. La síntesis de grafeno se realiza mediante deposición química en fase de vapor, y se mide el voltaje de frenado de los materiales en función de su energía cinética para determinar así su función trabajo. Aunque se lograron resultados prometedores, se identificaron limitaciones al intentar ajustar adecuadamente la función trabajo en ciertos casos, como con el platino y la juntura de silicio cristalino tipo n y emisor amorfo tipo p. Entre los resultados destacados, se obtuvo una función trabajo para el óxido de grafeno sobre oxido de silicio tipo p de ∅𝐺𝑂 = 5.3 ± 0.3 eV y para el silicio cristalino tipo n ∅𝑐−𝑆𝑖(𝑛) = 4.9 ± 0.1 eV, ambos casos concordando con la literatura existente. Sin embargo, para el platino la función trabajo obtenida es de ∅𝑃𝑡 = 4.6±0.1 eV, indicando problemas superficiales en la muestra y no del modelo utilizado para la obtención de dicha magnitud. Para el caso de la juntura np de silicio cristalino tipo n con emisor amorfo tipo p, se obtuvieron valores de función trabajo significativamente más altos de ∅𝑐−𝑆𝑖(𝑛) = 7.89 ± 0.18 eV y ∅𝑒𝑚𝑖𝑡𝑡𝑒𝑟(𝑝) = 9.843± 0.005 eV respectivamente. Las resistencias en la cara posterior de la juntura es de 260 Ω descartando así limitancias en la conductividad que podrían explicar dicho resultado, para el caso de la cara frontal la resistencia es de 10.73 ΜΩ. Aunque el óxido de grafeno es prometedor como óxido conductor transparente, los resultados sugieren que el óxido de indio y estaño sigue siendo la opción adecuada en algunas aplicaciones específicas de celdas solares.