Cellules solaires à base de couches minces de Cu(In,Ga)Se2submicrométrique : optimisation des performances par ingénierie optique et électronique

par Edouard Leonard

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

Sous la direction de Nicolas Barreau.


  • Résumé

    La réduction de l’épaisseur de la couche absorbante dans la technologie des cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) constitue un sujet d’importance en permettant de réduire l’utilisation des matériaux et le temps de dépôt. Ce travail s’intéresse plus particulièrement aux couches de CIGSe déposées par procédé de coévaporation en 3 étapes et montre que la réduction de l’épaisseur de la couche de CIGSe de 1,5 μm à 0,5 μm entraine la dégradation significative des performances des cellules solaires. Une première cause semble liée à la présence de phénomènes de recombinaison qui deviennent significatifs pour les cellules solaires à base de CIGSe submicrométrique. L’étude des mécanismes de recombinaison nous a permis de proposer des solutions permettant de réduire fortement les pertes d’origine électronique et atteindre des rendements de 12,7 % pour une épaisseur de CIGSe de 0,5 μm. La dégradation des performances est également liée à la réduction de l’épaisseur de la couche de CIGSe qui induit une réduction de la quantité de photons absorbés. Afin de compenser ce défaut de capacité d’absorption, une approche basée sur un réflecteur arrière a été développée à partir de l’introduction d’une couche de ZnO:Al entre la couche de molybdène et la couche de CIGSe. Les difficultés rencontrées pour réaliser des cellules solaires à réflecteur sans dégradation des propriétés électriques, nous ont poussés à proposer une approche basée sur la réalisation de contacts électriques ponctuels entre le CIGSe et le molybdène. Les premiers résultats soulignent la pertinence de cette approche qui permet, dans certaines conditions, de réaliser un gain optique tout en conservant des propriétés électriques satisfaisantes.

  • Titre traduit

    Solar cell based on submicronic Cu(In,GA)Se2 thin film : performance improvment trough optical and electronical engineering


  • Résumé

    The decrease of absorber thickness in co-evaporated Cu(In,Ga)Se2 based solar cell is important for both material consumption and production cycle time issues. This work proposes an analysis of Cu(In,Ga)Se2 solar cells deposited by multi-source physical vacuum evaporation using 3-stage process with absorber thickness reduced from 1. 5 μm to 0. 5 μm. The present contribution aims at drawing a diagnostic of the origins of the efficiency loss, discriminating optical loss and electrical issues. Electrical loss seems to be due to the formation of unfavourable electrical properties for the thinnest absorbers. The investigation of recombination mechanisms enabled us to propose adapted solutions to avoid electrical loss leading to efficiency of 12. 7 % for 0. 5 μm CIGSe solar cell. Since CIGSe thickness reduction is also responsible for efficiency loss due to a reduced absorption of photons, we introduced a back contact reflector based on a ZnO:Al layer deposited between the molybdenum layer and the CIGSe layer. We proposed an approach based on electrical point contact between the CIGSe layer and the molybdenum layer in order to allow optical gain without electrical losses due to the introduction of ZnO:Al layer. The better performances of solar cells underline the potential of this approach to improve significantly the efficiencies of submicron absorber CIGSe solar cells.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (135 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr p.131-135.

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