Synthèse et caractérisation de couches minces de Zn (O,S) pour application au sein des cellules solaires à base de Cu (In, Ga) Se2

par Marie Buffière

Thèse de doctorat en Science des matériaux, Composant pour l'électronique

Sous la direction de Nicolas Barreau.

Soutenue en 2011

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Un des défis concernant les cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 est le remplacement de la couche tampon de CdS déposée par bain chimique (CBD) par un matériau exempt de Cd déposé sous vide. L’objectif de ce travail est d’évaluer le potentiel des couches minces de Zn(O,S) déposées par co-pulvérisation cathodique RF (PVD) en tant que couche tampon alternative. Les propriétés matériau de ces couches ont été tout d’abord comparées à une référence (CBD)Zn(O,S) dont les conditions de dépôt ont été préalablement optimisées. Pour une composition équivalente, la technique de dépôt employée semble avoir un fort impact sur les propriétés optiques et structurales des couches. Le comportement électrique des dispositifs résultants s’en trouve également affecté. Dans le cas des cellules à couche tampon (CBD)Zn(O,S), nous avons mis en évidence la nécessité de prendre en compte l’ensemble du dispositif pour comprendre les phénomènes observés. Ces progrès ainsi qu’une meilleure compréhension des propriétés des couches (CBD)Zn(O,S) nous ont permis de réaliser des dispositifs stables sous éclairement avec des rendements de 16 % (sans couche anti-reflet). Pour les cellules à couche tampon (PVD)Zn(O,S), l’ajustement du taux de soufre a permis de contrôler l’alignement de bande à la jonction absorbeur/couche tampon et de permettre l’obtention de Jsc comparables à ceux des cellules avec (CBD)Zn(O,S). Bien que la structure telle quelle de la couche tampon (PVD)Zn(O,S) pour une teneur en soufre optimale ne permette pas d’obtenir les Voc attendus, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives de recherche sur la compréhension des hétéro-interfaces dans les cellules solaires Cu(In,Ga)Se2.

  • Titre traduit

    Synthesis and characterization of Zn(O,S) thin films for application to Cu(In,Ga)Se2-based solar cells


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Thin film solar cell based on Cu(In,Ga)Se2 contain a thin, chemically deposited (CBD), cadmium sulfide (CdS) buffer layer. For environmental and industrial reasons, its replacement by a Cd-free material deposited under vacuum is among the challenges of the research community. In this work, co-sputtered (PVD)Zn(O,S) thin films have been studied as an alternative buffer layer. The properties of these layers have been compared to an optimized (CBD)Zn(O,S) reference. It is observed that the deposition technique has a strong impact on the optical and structural properties of the films for a given composition. As a result, the electrical behavior of the corresponding devices is also affected. The electrical characterization of (CBD)Zn(O,S)-buffered solar cells has shown that the absorber and the window layers properties strongly influence the performance of the cells. These progress together with the understanding of Zn(O,S) films properties makes it possible the realization of 16 % efficiency stable devices with a (CBD)Zn(O,S) buffer layer. Meanwhile, the tuning of the sulfur content has lead to the control of the conduction band offset in CIGSe/(PVD)Zn(O,S) devices and the achievement of similar Jsc than the one of (CBD)Zn(O,S)-buffered devices. Although the present structure of the (PVD)Zn(O,S) buffer layer is not suitable to obtain comparable Voc, these results offer many research perspectives in hetero-interface for a better understanding of Cu(In,Ga)Se2-based solar cells.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (215 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-183.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
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