Relations traitement thermique – phases – adhérence dans les couches minces constituant les cellules photovoltaïques CuIn(Sx,Se1-x)2 Electrodéposées (CISEL)

par Cédric Broussillou

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Michel Jeandin et de Michel Andrieux.

Soutenue en 2011

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Relations between thermal treatment, phase formation and adhesion of the thin films composing the CuIn(S,Se)2 electrodeposited solar cells (CISEL)


  • Résumé

    Le semiconducteur CuIn(Sx,Se1-x)2 constituant les cellules photovoltaïques CISEL a fait l’objet d’une étude à partir de deux précurseurs électrodéposés. L’un est un semi-conducteur CuInSe2 nanocristallisé, l’autre est un alliage métallique cuivre-indium. Recuits en présence de soufre, ces deux précurseurs conduisent à deux absorbeurs chalcopyrites, le premier CuIn(Sx,Se1-x)2 est riche en soufre alors que le deuxième CuInS2 est dépourvu de sélénium. Lors de la formation du CuIn(Sx,Se1-x)2, la croissance des grains de CuInSe2 est concomittante avec la substitution du sélénium par le soufre. Pour le CuInS2 l’oxydation du cuivre et de l’indium par le soufre produit des phases soufrées qui réagissent pour former la chalcopyrite. La comparaison des relations entre traitement thermique, formation des phases et adhérence pour les deux chemins réactionnels a permis d’optimiser le recuit et de comprendre pourquoi l’adhérence du CuIn(Sx,Se1-x)2 au substrat est supérieure à celle du CuInS2. Le modèle de comportement mécanique proposé pour le multicouche explique à la fois les ruptures mécaniques ainsi que les phénomènes de croissance sous contrainte observés. Afin d’améliorer l’étude de l’adhérence des multicouches photovoltaïques, on a montré que la technique LASAT® pouvait être utilisée de manière innovante avec des lasers femtosecondes pour mesurer l’adhérence de couches submicrométriques constituant le multicouche photovoltaïque.


  • Résumé

    The semiconductor CuIn(Sx,Se1-x)2 which composes the CISEL solar cells has been formed from two precursor materials. One is a CuInSe2 nanocrystallised semiconductor, the other is a copper-indium alloy. When annealed with sulfur they both react to form chalcopyrite absorbers. The first one CuIn(Sx,Se1-x)2 is sulfur rich while the second one CuInS2 is completely selenium free. During the formation of the CuIn(Sx,Se1-x)2,the CuInSe2 grain growth occurs concomitantly with the substitution of selenium by sulfur. For the CuInS2, the copper and indium metals are oxidized by sulfur which leads to sulphurized binaries and ternaries which react to form the chalcopyrite phase. The comparison of the relations between the thermal treatment process, phase formation and adhesion for the two reactionnal pathways has enabled us to improve the annealing and to understand why the CuIn(Sx,Se1-x)2 adheres better to its substrate than the CuInS2. The mechanical behavior model proposed for the multilayer explains both the material failure and the stress-driven corrosion mechanisms observed. To improve the study of photovoltaic thin films adhesion, the laser shock adhesion test (LASAT®) has been used with femtosecond lasers in order to measure the practical adhesion of layers less than a micron thick.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (230 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu'au 8 décembre 2016
  • Annexes : Bibliographie p. 221-229

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