En los proyectos anteriores: IN110008 (vigencia 2008-2010), y IT112511 (vigencia 2010-2013) se desarrollaron celdas solares en películas delgadas que consisten de compuestos de elementos de los grupos IV (Sn, Pb), V (Sb, Bi), y VI (S, Se). Como resultado, se aumentó la eficiencia de conversión de energía solar en las celdas CdS/Sb2S-Se3/PbS o PbSe de 1% (2008-2010) hacia 2.5% (2013). En 2013, la celda solar de CdS/Sb2S1.3Se1.7/PbSe produjo una densidad de corriente en corto circuito Jsc de 12 mA/cm2 y voltaje de circuito abierto Voc de 450 mV. En CdS/Sb2S3/PbS la Jsc es de 8.8 mA/cm2 y Voc es de 640 mV (Julio 2013). En estos trabajos hasta 2012, se utilizo la técnica de depósito químico para obtener las películas de Sb2S-Se3. En 2012 se inició el trabajo sobre evaporación térmica en vacío para depositar estas películas con la intención de adecuar la tecnología para producción industrial. En estas celdas se obtuvo en 2013 eficiencia de conversión de 1%. También se encontró que la película delgada de SnSe por evaporación térmica es adecuada para la fabricación de celdas CdS/Sb2S3/SnSe con Voc de > 600 mV. En todos los casos el factor de llenado FF es < 0.5 y el diámetro de grano cristalino es < 20 nm, ambos identificados como parámetros que se debe aumentar para lograr el despegue de esta tecnología. En el proyecto propuesto se toma estos aspectos como tarea principal de investigación y desarrollo. Se espera que el trabajo sostenido en este tema resultará en prototipos de módulos fotovoltaicos de mayor eficiencia (5-6%) que no se ha logrado hasta el momento y lo cual se considera como una meta intermedia a llegar antes que lanzar hacia eficiencias > 10%, que hace la tecnología económicamente viable. En el proyecto IT112511 que concluye se propuso tener módulos de celdas solares de área 100 cm2 estables en el tercer año (2013). Se desarrollaron los módulos CdS/Sb2S3/PbS de este área con 11 celdas interconectadas con Voc de 5.5 V y corriente de corto circuito de 60 mA. Esta característica es deficiente, pero es posible que antes de que concluya el año 2013 se mejoren estas características. Es notable que las celdas ofrezcan Voc de hasta 680 mV y alta estabilidad, y el modulo fabricado también es estable. Aunque el uso de Sb2S3 en celdas solares de heterouniones con Si y Ge data de 1992, nuestro grupo de investigación es el pionero en el uso de Sb2S-Se3 en celdas solares de películas delgadas. En los años 2008-2013 se han reportado por grupos externos celdas solares tipo tinte de TiO2/Sb2S3, con eficiencia de hasta 3%. Sin embargo consideramos que estas celdas carecen de la posibilidad de superar una eficiencia de conversión de 10% así como ofrecer estabilidad de celdas mayor a 20 años en operación continua. El presente proyecto ayudara a nuestro grupo a consolidarse en el tema de celdas solares en películas delgadas con materiales abundantes y enfocado a absorbedores Sb2S-Se3. Estos materiales con brecha de energía de 1.1-1.55 eV ofrecen eficiencia teórica de conversión comparable con Si, CuIn/GaS-Se2, GaAs y CdTe. Se identifica dos vías para aumentar el diámetro de grano de cristal en la película delgada - (i) realizar horneado de Sb2S3 en presencia de vapor de S-Se y/o (ii) utilizar capas delgadas de una sal como SbCl3, ZnCl2, MnCl2, sobre Sb2S3 y hornear a temperatura de 250-300oC. Respecto al aumento del FF, se buscarán diferentes materiales para los electrodos sobre Sb2S3. En todos estos desarrollos se toman en cuenta la abundancia, bajo costo y relativamente baja toxicidad de los elementos que son esenciales para respaldar la t

A partir de junio de 2012 el precio por watt-pico de módulos fotovoltaicos ha bajado de manera continua y actualmente permanece a 0.54 centavos de Euro o menos de 0.8 centavos de US$ por watt-pico sostenido de mayo 2013 al presente. Estos precios refieren a módulos fotovoltaicos de Si cristalino con eficiencia de conversión > 15% y estabilidad por 20 años (a > 80% del inicial). La producción mundial de módulos FV de este tipo ha superado 50,000 MWp/año y toda indica que próximamente va llegar a la producción de 100,000 MWp/año. El precio actual de estos módulos FV hace posible el retorno a la inversión en menos de 4 años en varios sitios en México. El costo de módulos mismos en la instalación entera de sistema FV es de 25-30%, el resto es para cubrir costo de inversores, estructura de montaje, mano de obra y gastos relacionados. En el módulo mismo, el costo de la celda es típicamente de 30%, así que en el costo de una instalación de sistema fotovoltaico, la celda solar abarca solo 10% del costo total. Esto hace que la tecnología FV sea considerada como una tecnología de producción de potencia eléctrica para el desarrollo económico. Esto se contrapone a la justificación tradicional para el desarrollo de celdas solares en películas delgadas de 5-10% de eficiencia, ya que a menores eficiencias el costo de instalación FV será rebasado por el costo de área superficial de terreno o techos, mayores costos para de estructura de colocación, mano de obra, etc. En el presente proyecto optamos a continuar con materiales con abundancia en México, de bajo costo, con pruebas realizadas sobre estabilidad de celdas solares y prototipo de módulos. A través de los proyectos pasados IN110008 y IT112511 hemos identificadoa a Sb2S-Se3 con brecha de energía 1.2-1.5 eV, SnS-Se con brecha de energía 1-1.7 eV y PbS y PbSe con brecha de energía 0.8-1.5 eV (debido a confinamiento cuántico en cristalito de 8-12 nm) como materiales prometedores. In el 2013 se reportaron celdas solares de CdS/Sb2S-Se3/PbSe con eficiencia de conversión de 2.5% y de CdS/Sb2S3/PbS con eficiencia de conversión de 1.68%. Se desarrollaron módulos fotovoltaicos de CdS/Sb2S3/PbS de 11 celdas con área total de 100 cm2 y activa por celda de 8 cm2 con Voc de 6.3 V y corriente de corto circuito de 50 mA. El máximo voltaje de circuito abierto de estas celdas es de 690 mV; el máximo corriente alcanzado es de 13 mA/cm2. Las características son estables bajo operación en radiación solar. El enfoque en la investigación y desarrollo tecnológico de las celdas en el proyecto propuesto (como continuación del proyecto presente) será en el aumento de diámetro de cristales en las películas delgadas de absorbedores hacia 50-100 nm que ayudaría a lograr la densidad de corriente experimental semejante a la predicha por el modelo teórico. La búsqueda de contactos adecuados sobre estos materiales, ayudará a aumentar el factor de llenado hacia 0.7. Participarán en el proyecto posdoctorados, alumnos de doctorados y maestría con experiencia adquirida en el proyecto. Esto hace lograr éxitos en el proyecto hacia el desarrollo de una nueva tecnología de celdas solares en película delgada desarrollado en México para la producción industrial en México. Se reconoce por parte del responsable del proyecto, la falta de cumplimiento de las metas planteada en su totalidad en el proyecto IT112511 hasta el momento, pero se esperan mejores logros antes de que concluya el proyecto al termino de 2013. Los proyectos anteriores habían contribuido a la formación de recursos humanos, lo cual continuará, como una contribución importante del proyecto.