Estudio de las propiedades estructurales y ópticas de películas delgadas de CuInSe₂ obtenidas mediante pulverización catódica por radiofrecuencia en función de la temperatura de depósito

Resumen

La formación de una capa superficial deficiente en cobre es una característica común en las películas delgadas de CuInSe₂, especialmente en procesos de deposición que implican múltiples etapas, como el tratamiento térmico y la pos-selenización. Estudiamos aquí la deposición de películas delgadas de CuInSe₂ mediante pulverización catódica por magnetrón de radiofrecuencia a partir de un blanco monofásico, variando la temperatura del sustrato entre 50 y 400 °C. La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) confirmó la presencia persistente de una capa superficial pobre en Cu en todas las temperaturas de deposición. Las películas depositadas por debajo de 200 °C resultaron amorfas y con deficiencia de cobre, mientras que a 200 °C y temperaturas superiores las películas mostraron una transición hacia una estructura policristalina tipo calcopirita, como lo evidenció la difracción de rayos X (XRD). Los tamaños de cristalito para las películas policristalinas depositadas a 200 °C y 400 °C fueron de aproximadamente 10–12 nm. El análisis mediante espectroscopía de dispersión de energía de rayos X (EDS) reveló una disminución progresiva en el contenido de cobre, de ~20 % at. entre los 50 °C y los 200 °C a ~16 % at. a los 400 °C, en tanto que el contenido de indio se mantuvo casi constante y el de selenio aumentó ligeramente de 50 % at. a 56 % at. con el incremento de la temperatura. La espectroscopía UV-Vis mostró que el valor de la banda prohibida óptica (Eg) disminuyó de 1,2 eV a 50 °C y 1,15 eV a 100 °C hasta aproximadamente 0,95–0,94 eV a 200 °C y 400 °C. Los resultados aportan información relevante sobre el papel de la temperatura del sustrato en la deposición de películas delgadas de CuInSe₂, lo que contribuye a los esfuerzos actuales por mejorar su desempeño en aplicaciones fotovoltaicas y optoelectrónicas.