Estudio de las estructuras silicio poroso/óxidos conductores transparentes

Abstract

El silicio poroso es un material que se puede obtener por anodizado electroquímico de superficies de silicio. Eligiendo convenientemente los parámetros de fabricación se obtienen estructuras porosas, constituidas de poros cilíndricos de una gran relación de aspecto. De este modo es posible fabricar poros del orden del micrón de diámetro (Silicio macroporoso). Las estructuras de silicio poroso poseen un área específica muy grande que permite una fuerte interacción con el entorno. Esto lo hace sumamente atractivo para su empleo en sensores y también en dispositivos fotovoltaicos. En todos estos casos su uso ha representado una alternativa interesante, y es aún objeto de estudio. La respuesta del material poroso se puede modificar depositando sobre él compuestos como los óxidos transparentes y conductores (TCO). Para este fin se usan técnicas como la vía sol-gel, spray pirólisis ó técnicas físicas de deposición como el “sputtering”. Este último es un método con el cual se logra una mayor reproducibilidad, pero económicamente es menos atractivo que el sol-gel. Dentro de los TCO más comúnmente usados, se encuentran el óxido de estaño, el óxido de estaño e indio, conocido como ITO, y el óxido de zinc. Estas estructuras modificadas, aplicadas a celdas fotovoltaicas se utilizan como contacto frontal dado que se comportan como una trampa de luz. Para caracterizar las estructuras obtenidas se utilizan técnicas de microscopía SEM, Rayos-X, espectroscopía de reflectancia, espectroscopía IR y microscopía de fuerza atómica. Además estos dispositivos se caracterizan eléctricamente a través de las curvas características J-V de las diferentes combinaciones.

Porous silicon (PS) can be obtained by electrochemical anodizing of silicon surfaces. By appropriately selecting adequately the fabrication parameters it is possible to obtain porous structures constituted by cylindrical pores with a great aspect ratio. In this way, pores of around one micron in diameter can be manufactured (macroporous silicon). The PS structures have a large specific area that allows a strong interaction with the environment. This makes PS extremely attractive for many applications, such as sensing or photovoltaic devices. In all cases, this material has represented an interesting alternative which is, still under study. The response of the porous material may be modified by depositing onto it, materials like transparent conducting oxides (TCO's). For this purpose, techniques such as sol-gel, spray pyrolysis or physical deposition, like sputtering, are used. The latter is a method in which there is a better reproducibility, but results economically less attractive than the sol-gel method. Among the most commonly used TCO, for applications such as photovoltaic or sensing devices, are the tin oxide, indium tin oxide (known as ITO) and zinc oxide. These modified structures are used in photovoltaic devices as front contact layers since they behave like a light trap. Microscopy techniques like scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM), X ray diffraction, reflectance spectroscopy and IR spectroscopy were used in order to characterize the obtained structures. Also, the different fabricated structures were electrically characterized by J-V curve measurements.