Développement de dispositifs photovoltaïques à base de CIGSe à grande bande interdite

par Hakim Marko

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie

Sous la direction de John Kessler.

Soutenue en 2010

à Grenoble, INPG .


  • Résumé

    Ces travaux de thèse ont pour objectif d'améliorer la compréhension de la dégradation observée des dispositifs photovoltaïques à base de Cu(ln,Ga)Se2 (ClGSe) à large bande interdite (EG > 1,2 eV), c'est-à-dire pour des rapports en gallium xGa=[Ga]/([ln]+[GaJ) supérieurs à 30 %. Deux axes de travail répondant à la problématique se sont dégagés, l'un focalisé sur la mise en place de protocoles de croissance par co-évaporation thermique spécifiques au CIGSe à grand gap, l'autre étant centré sur le développement de couche tampon alternative au CdS à base de Zn(O,S) déposé par couche atomique (ALD, en collaboration avec l'université d'Uppsala en Suède) et pulvérisation réactive. A forte teneur en gallium (xGa rv 50 %), il s'est avéré que la croissance du CIGSe, ainsi que sa stœchiométrie en cuivre constituent des facteurs clefs à contrôler afin d'améliorer sensiblement les propriétés photovoltaïques des dispositifs. Un modèle a été proposé afin de mieux comprendre l'influence du taux de cuivre à forte teneur en gallium. L'optimisation de la recette de Zn(O,S) déposé par ALD a également permis de maximiser les rendements de conversion des dispositifs jusqu'à des valeurs proches de 15 %. Il est suggéré que le contrôle de la stœchiométrie de la couche de Zn(O,S) a résulté en l'ajustement favorable de la discontinuité de bandes de conduction électroniques à l'interface avec le CIGSe. Le dépôt de la couche tampon alternative par pulvérisation réactive a révélé une relative innocuité pour la surface de l'absorbeur.


  • Résumé

    The goal of this work is to improve the understanding of the experimental suboptimal electrical properties of solar cells based on large bandgap Cu(ln,Ga)Se2 (ClGSe), Le. EG > 1,2 eV and gallium content (xGa=[Ga]/([ln]+[Ga])) higher than 30 %. Ln order to try to answer to the problematic, the work have been focused, firstly, on the implementation of large bandgap ClGSe growth processes by thermal coevaporation and, secondly, on the development of CdS alternative buffer layer based on Zn(O,S) grown by atomic layer de position (AL D, in collaboration with the Uppsala University in Sweden) and reactive sputtering. At high Ga content (xGa rv 50 %), the ClGSe growth and its copper composition seems to be key factors for improving solar cells efficiencies. A model has been proposed in order to better understand the copper content effect at high gallium composition. The adjustment of the Zn(O,S) recipe grown by ALD allowed maximizing devices efficiencies close to 15 %. It is suggested that the control of the Zn(O,S) layer led to the favourable conduction band matching at the interface with the CIGSe. The Zn(O,S) de position by reactive sputtering showed a relative harmlessness for the CIGSe surface.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.183 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS10/INPG/0003/D
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  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : TS10/INPG/0003
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