Synthèse de couches minces des kesterite Cu2ZnSn(S,Se)4 par électrodépôt en une étape d'alliages Cu-Sn-Zn et recuit pour applications photovoltaïques

par Corentin Gougaud

Thèse de doctorat en Physique chimie

Sous la direction de Daniel Lincot.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    Les cellules solaires en couches minces à base de CZT(S,Se) peuvent atteindre des rendements de conversion de l’ordre de 11 % par un procédé en voie liquide et supérieurs à 7 % par voie électrochimique (empilement). Le travail présenté consiste à électrodéposer les trois métaux simultanément et à les recuire en atmosphère de soufre ou de sélénium pour synthétiser la phase kesterite CZT(S,Se). La cinétique de dépôt est étudiée par voltampérométrie, chronoampérométrie et par microbalance électrochimique à quartz. Ce dépôt en une étape des trois éléments métalliques se déroule à des potentiels très négatifs, ce qui entraîne une croissance dendritique de la couche. Les conditions d’électrodépôt sont optimisées afin de déposer de façon reproductible une couche de composition contrôlée. Les traitements thermiques réactifs en atmosphère de soufre et de sélénium sont ensuite étudiés pour comprendre les mécanismes de formation de la phase kesterite. La phase CZT(S,Se) est formée à des températures comprises entre 500°C et 600 °C. Pour des températures supérieures, cette phase se décompose. Les premiers résultats de cellules obtenues par ce procédé ont donné un rendement de conversion maximal de 5,8 % pour les cellules solaires CZTSe et 2,5 % pour les cellules solaires CZTS.

  • Titre traduit

    Synthesis of thin films of kesterite Cu2ZnSn (S, Se) 4 by electrodeposition in an alloy Cu-Sn-Zn and annealing step for photovoltaic applications


  • Résumé

    Thin film solar cells based on CZT(S,Se) absorber can reach conversion efficiency up to 11 % by liquid deposition technique and about 7 % by sequential electrodeposition. This work consists in the one-step electrodeposition of the three metals followed by a reactive thermal treatment. The deposition kinetics are studied by voltametry, chronoamperometry and electrochemical quartz crystal microbalance. This deposition occurs at a very negative potential, which leads to the dendritic growth of the film. Electrodeposition conditions are optimized to obtain reproducible deposition with the controlled composition. Reactive heat treatments in sulphur or selenium atmosphere are then studied in ordrer to understand formation mechanism of the kesterite phase. CZT(S,Se) phase is formed at temperature between 500 °C and 600 °C. For higher temperature, the decomposition of the phase occurs. First cell results obtained by this process show conversion efficiency up to 5. 8 % for CZTSe solar cells and 2. 5 % for CZTS cells.

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  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 195-205 p.

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