Nanomatériaux pour application photovoltaïque

par Oana Zaberca

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Jean-Yves Chane-Ching et de Xavier Marie.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les nanoparticules de Cu2ZnSnS4, (CZTS) offrent une opportunité intéressante pour la fabrication de cellules solaires à bas coût par le procédé impression encres. Divers procédés de fabrication de nanocristaux de CZTS sont développés au cours de cette thèse. Un premier procédé basé sur la polycondensation de complexes ((Cu2+)a (Zn2+)b (Sn4+)c (Tu)d (OH-)e )t+ (Tu = CS(NH2)2, thiourée) permet l'obtention de nanocristaux de CZTS partiellement cristallisés. Un second procédé original de fabrication de nanoparticules mettant en œuvre un gaz dégagé in situ en température comme agent texturant a été développé pour la synthèse de nanoparticules de CZTS hautement cristallisées. Ce procédé a été extrapolé à la fabrication de nanocristaux de CZTS dopé Ga. Enfin dans un troisième procédé, le contrôle de la morphologie des nanocristaux de CZTS a été obtenu dans une voie dissolution re-précipitation. La panoplie de nanocristaux ainsi obtenue devrait être utile à l'optimisation de procédé de fabrication de films de CZTS voie impression d'encres pour cellules solaires bas coût.

  • Titre traduit

    Nanomaterials for photovoltaïc applications


  • Résumé

    Copper-Zinc-Tin chalcogenide (Cu2ZnSnS4, CZTS) materials have attracted increasing attention for solar cell absorber layers. To address the issue of low-cost photovoltaic, non-vacuum ink-based approaches were developed involving nanocrystals building blocks. Here, various nanocrystals fabrication process routes are proposed yielding CZTS nanocrystals exhibiting different physicochemical characteristics. A first process is designed to employ a simple sulfide source such as thiourea which advantageously acts both as a complexing agent inhibiting crystallite growth and as a surface additive providing redispersion in polar solvents. We demonstrate the production of solvent-dispersible partially crystallized CZTS nanocrystals via a temperature poly-condensation route involving ((Cu2+)a (Zn2+)b (Sn4+)c (Tu)d (OH-)e )t+ (Tu = CS(NH2)2,thiourea) tailored complex precursors. A second high temperature synthetic procedure performed at higher temperature in molten salts (T > 400 °C) and involving an in-situ generated gas as a template is reported with the objective to minimize defects concentration into the bulk and at the surface of the semiconducting CZTS nanocrystals, Using highly concentrated free SCN--containing reaction mixtures which enhance CZTS precipitation over concurrent reactions, it is demonstrated that this high temperature synthetic route yields highly crystallized CZTS nanocrystals. The versatility of this second process route was demonstrated to the synthesis of Ga doped -CZTS nanocrystals. Lastly, a third process route is reported involving dissolution reprecipitation to the fabrication of CZTS nanocrystals exhibiting platelet morphology. The ability to control crystallinity, morphology and size of the CZTS nanocrystals will provide with an opportunity to further test the effects of these powder characteristics on forming and sintering behaviors of CZTS based films and will greatly help to the further fabrication of low cost solar cells.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (130 p.)
  • Annexes : Références bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0026
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