Cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se² : adaptation des propriétés de l'absorbeur à la couche tampon d'(In,Al)²S3 co-évaporée

par François Couzinie-Devy

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de John Kessler.

Soutenue en 2009

à Nantes .


  • Résumé

    Les cellules solaires standards à base de Cu(In,Ga) Se2 possèdent une fine couche tampon de sulfure de cadmium déposée par bain chimique. Son remplacement par une couche tampon exempte de cadmium et déposée par procédé physique sous vide est un des challenges de la communauté depuis quelques années. Dans ce travail, une double approche a été suivie, en étudiant les propriétés de la nouvelle couche tampon alternative mais en s'intéressant aussi à son interface avec la couche CIGSe et en travaillant spécifiquement à l'optimisation du CIGSe à la nouvelle couche tampon. Un premier aspect a donc été l'étude de couches tampons à base de sulfure d'indium. L'introduction d'aluminium dans les couches a permis de réduire les discontinuités de bande à l'interface avec le CIGSe et de diminuer les recombinaisons. En parrallèle un travail sur le contrôle des propriétés de couches de CIGSe déposées par coevaporation a été mené. L'optimisation de caractéristiques comme la rugosité et la texturation des couches a permis l'obtention de dispositifs à couche tampon CdS à des rendements proches de 18 %. L'effet des propriétés de la couche du CIGSe sur l'interface avec la couche tampon de (In,A1)2S3 a enfin été etudié. L'optimisation des paramètres de l'absorbeur et notamment de la rugosité a permis d'atteindre des rendements de cellules de l'ordre de 13 % avec la couche tampon PVD.

  • Titre traduit

    Cu(In,Ga)Se² solar cells : optimization of the absorber to (In,Ga)²S3 coevapored buffer layer


  • Résumé

    Standard Cu(In,Ga)Se2(CGISe) based solar cells have a thin, chemical bath deposited, cadmium sulfide buffer layer. Its replacement by a cadmium-free material deposited by a physical process (PVD) is among the challenges of the research community. In the present work, a dual approach has been followed working on both the properties of a new alternative buffer layer and the optimisation of the CIGSe layer. The new buffer layer investigated belongs to the indium sulfide family : In2-2xA12xS3. It is observed that the partial substitution of indium by aluminium yields a band gap increase of the material mainly affecting the conduction band states. Meanwhile, an accurate tuning of the CIGSe growth parameters allowed the control the films, grains orientation and roughness. This optimisation of the CIGSe led to the reach of national record 18 % efficiency cell. Furthermore, the combination of these progress with the understanding of the In2-2x-A12xS3, films properties makes it possible the realisation of 13 % efficiency devices with a PVD deposited (In,A1)2-S3 buffer layer.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 117-124 [62 réf.]

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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