{"id":135337,"date":"2023-02-27T12:39:26","date_gmt":"2023-02-27T11:39:26","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135337"},"modified":"2023-02-27T12:39:26","modified_gmt":"2023-02-27T11:39:26","slug":"el-potencial-de-los-nitruros-como-absorbentes-eco-amigables-para-la-proxima-generacion-de-celulas-solares-de-capa-delgada","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2023\/02\/27\/135337","title":{"rendered":"El potencial de los nitruros como absorbentes eco-amigables para la pr\u00f3xima generaci\u00f3n de c\u00e9lulas solares de capa delgada"},"content":{"rendered":"

Autores: Susana M\u00aa Fern\u00e1ndez Ruano. M\u00aa Isabel Rodr\u00edguez-Tapiador. LAMDE. DEPARTAMENTO DE ENERG\u00cdA. CIEMAT.<\/em><\/strong><\/p>\n

Uno de los retos a los que se enfrenta la sociedad actual es el desarrollo de nuevas tecnolog\u00edas que permitan generar y almacenar energ\u00eda de manera segura, sostenible y limpia. La investigaci\u00f3n en dicha tem\u00e1tica resulta esencial para luchar contra las subidas del precio de la energ\u00eda y las posibles interrupciones de su suministro. Concretamente, la investigaci\u00f3n en energ\u00edas renovables, y en particular, en fotovoltaica, juega un papel muy relevante para poder reducir la dependencia energ\u00e9tica y acelerar su disponibilidad, as\u00ed como disponer de un medioambiente m\u00e1s limpio [1]. Bajo este escenario, la Hoja de Ruta Tecnol\u00f3gica Internacional (ITRV) para la fotovoltaica se focaliza estrat\u00e9gicamente en el reciclaje\/dise\u00f1o, considerados claves para impulsar su competitividad. En este sentido, el uso de materias primas de bajo impacto medioambiental y de tecnolog\u00edas de fabricaci\u00f3n m\u00e1s eficientes, se identifican con prioridad alta a corto y largo plazo [2]. De acuerdo con los planes estrat\u00e9gicos de la Uni\u00f3n Europea, la Hoja de Ruta para la gesti\u00f3n sostenible de Materias Primas Minerales, recoge la necesidad de garantizar el suministro de materias primas de forma sostenible y eficiente. Adem\u00e1s, la transici\u00f3n hacia la neutralidad clim\u00e1tica no deber\u00eda suponer el reemplazo de la dependencia en combustibles f\u00f3siles de terceros pa\u00edses por la dependencia en otras materias primas [3]. En este sentido, el desarrollo de nuevos materiales absorbentes con car\u00e1cter sostenible va a ser fuertemente impulsado en los pr\u00f3ximos a\u00f1os en el sector de la fotovoltaica.<\/span><\/p>\n

Bajo estas premisas, el departamento de Energ\u00eda del CIEMAT, y m\u00e1s concretamente, el \u201cLaboratorio de Materiales y Dispositivos para aplicaciones Energ\u00e9ticas<\/em>\u201d (LAMDE), est\u00e1 colaborando estrechamente con grupos de investigaci\u00f3n de la Universidad Polit\u00e9cnica de Catalu\u00f1a (UPC), la Universidad de Barcelona (UB) y el Centro L\u00e1ser (CL) de la Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid, dentro del marco del proyecto SCALED (\u201cSelective Contacts and Active Layers for Energy Devices<\/em>\u201d) del Programa Estatal de I+D+i, orientado a los Retos de la Sociedad [4]. Una de las finalidades de este proyecto es buscar materiales absorbentes alternativos al silicio, focalizando la b\u00fasqueda en materiales de bajo coste que sean amigables con el medioambiente y que est\u00e9n basados en materias primas no cr\u00edticas. Aqu\u00ed entran en juego los nitruros met\u00e1licos de transici\u00f3n, despertando un gran inter\u00e9s debido al gran potencial que presentan para la fabricaci\u00f3n de dispositivos con aplicaciones el\u00e9ctricas, \u00f3pticas y\/o magn\u00e9ticas. Concretamente, el nitruro de cobre (Cu3<\/sub>N) es un material semiconductor metaestable que muestra excelentes caracter\u00edsticas optoelectr\u00f3nicas, modificables dependiendo de la t\u00e9cnica de fabricaci\u00f3n y de las condiciones empleadas, y que vienen determinadas por su estructura c\u00fabica anti-ReO3 <\/sub>(Fig.1). Por todo ello, este material puede considerarse como un candidato perfecto [5].<\/span><\/p>\n

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Figura 1. Estructura anti-ReO3<\/sub> propia del Cu3<\/sub>N<\/span><\/em><\/p>\n

En este sentido, el grupo de investigaci\u00f3n de LAMDE, en colaboraci\u00f3n estrecha con la UB, ha publicado los primeros resultados de la caracterizaci\u00f3n de l\u00e1minas delgadas de Cu3<\/sub>N [6,7], que se\u00f1alan sus excelentes propiedades como material absorbente. Estas l\u00e1minas se fabrican a temperatura ambiente sobre vidrio utilizando el m\u00e9todo f\u00edsico de pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica reactiva. En este proceso, el gas empleado es exclusivamente nitr\u00f3geno, a presiones en torno a 3.5 Pa, que reacciona directamente con los \u00e1tomos de cobre procedentes del blanco met\u00e1lico. Cabe destacar que las condiciones empleadas en el proceso de fabricaci\u00f3n de las l\u00e1minas delgadas de Cu3<\/sub>N suponen un impacto directo sobre el ahorro energ\u00e9tico y la reducci\u00f3n de costes de producci\u00f3n, en comparaci\u00f3n con las t\u00e9cnicas convencionales de fabricaci\u00f3n de silicio, que, en la actualidad, es el absorbente por excelencia. Los resultados obtenidos, resumidos en la Figura 2, muestran un material con una morfolog\u00eda t\u00edpica, ligeramente columnar, con tama\u00f1os de grano superiores a 35 nm, la mayor\u00eda orientados en la direcci\u00f3n del plano (100), y superficies muy planas, con rugosidades inferiores a 3 nm. Por otro lado, la caracterizaci\u00f3n \u00f3ptica nos revela un valor de absorbancia superior a 0.9 y unas energ\u00edas de gap directo e indirecto de 2.28-1.21 eV, dentro de los m\u00e1rgenes requeridos para ser utilizado como absorbente solar. Esto es el inicio de un camino muy esperanzador, con datos muy prometedores y con un objetivo claro de emplear este material, en un futuro muy cercano, como absorbente solar en tecnolog\u00edas fotovoltaicas emergentes, reportando una tecnolog\u00eda m\u00e1s sostenible y rentable.<\/span><\/p>\n

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Figura 2. Resumen de los resultados obtenidos de la caracterizaci\u00f3n de l\u00e1minas delgadas de Cu3<\/sub>N fabricadas por pulverizaci\u00f3n cat\u00f3dica reactiva en condiciones de bajo impacto medioambiental.<\/span><\/em><\/p>\n

Referencias:<\/strong><\/p>\n

[1] https:\/\/www.consilium.europa.eu\/es\/policies\/energy-prices-and-security-of-supply\/<\/a>
\n[2] https:\/\/etip-pv.eu\/news\/other-news\/international-technology-roadmap-for-photovoltaic-itrpv-r-d-findings-from-the-13th-edition\/<\/a>
\n[3] https:\/\/ec.europa.eu\/growth\/sectors\/raw-materials\/policy-and-strategy-raw-materials\/sustainable-supply-raw-materials-eu-sources_en<\/a>
\n[4] www.scaled-project.com<\/a>
\n[5] Jiang, A.; Qi, M.; Xiao, J., Preparation, structure, properties, and application of copper nitride (Cu 3 N) thin films: A review. Journal of Materials Science & Technology 2018, 34, (9), 1467-1473. DOI: 10.1016\/j.jmst.2018.02.025
\n[6] Figueira, C.A.; Rosario, G.D.; Pugliese, D.; Rodr\u00edguez-Tapiador, M.I.; Fern\u00e1ndez, S. Materials 2022, 15, 8973. DOI: 10.3390\/ma15248973
\n[7] Rodr\u00edguez-Tapiador, M.I.; Merino, J.; Jawhari, T.; Mu\u00f1oz-Rosas, A.L.; Bertomeu, J.; Fern\u00e1ndez, S. Impact of the RF Power on the Copper Nitride Films Deposited in a Pure Nitrogen Environment for Applications as Eco-Friendly Solar Absorber. Materials 2023, 16, 1508. DOI: 10.3390\/ma16041508<\/p>\n

Otros socios del proyecto:<\/strong><\/span><\/p>\n