Optimisation des interfaces absorbeur/couche tampon/fenêtre avant dans les cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2

Optimization of absorber/buffer layer/window layer interfaces in Cu(In,Ga)Se2-based solar cells

• Auteur / Autrice : Thibaud Hildebrandt
• Direction : Negar Naghavi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 16/05/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche et développement sur l’énergie photovoltaïque (Chatou)
• Jury : Président / Présidente : Clément Sanchez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Gérard, Michel Cassir, Matthieu Versavel, Frédérique Donsanti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Poizot, Yvan Bonnassieux

Mots clés

Mots clés contrôlés

CIGS (matériau)

Couches minces semiconductrices

Conversion photovoltaïque

Mots clés libres

Cellule solaire

Cu(In,Ga)Se2

Couche tampon alternative

Zn(S,O,OH)

Dépôt par voie chimique

Optimisation de bains chimiques

Solar cells

Cu(In,Ga)Se2

Optimization of the deposition bath

Résumé

Le remplacement du CdS dans les cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 est un des défis majeurs de la communauté. À ce jour un des matériaux les plus prometteurs est le Zn(S,O,OH) déposée par voie chimique en solution. En raison de la faible vitesse de dépôt du matériau et des phénomènes de métastabilités présents dans les dispositifs formés, il apparaît nécessaire d’optimiser les conditions expérimentales et les interfaces. La 1ère partie de ces travaux a été consacré à l’optimisation des conditions de dépôt des couches minces de Zn(S,O,OH) grâce à l’introduction d’additifs. Il a été possible de souligner l’effet des additifs sur la composition des couches déposées et sur les vitesses de réaction. La 2ème partie de ces travaux a été consacrée à l’optimisation des conditions de dépôt par pulvérisation cathodique de la fenêtre avant (Zn,Mg)O/ZnO :Al permettant une diminution des phénomènes de métastabilité et une limitation de la migration de sodium jusqu’au Zn(S,O,OH). Ces conditions combinées à une variation de la composition de la surface du CIGSe a permis d’obtenir des rendements de photo-conversion supérieurs à ceux des références à base de CdS.

The replacement of CdS-based buffer layer in Cu(In,Ga)Se2 solar cells has been one of the main challenges of the research community for the last decade. Today, one of the most promising alternative material is the chemically bath deposited Zn(S,O,OH). Because of its low deposition rate and of metastable behavior, it becomes necessary to proceed to an optimization of experimental conditions and of the various interfaces. The first part of this work has been dedicated to the optimization of the deposition bath thanks to the introduction of new additives. It has been possible to underline the additive effects on both the deposition rate and on the chemical composition of the deposited layers. The second part of this work has been dedicated to the optimization of the (Zn,Mg)O/ZnO:Al window layer. Thanks to an improvement of the sputtering conditions, it has been possible to reduce metastability of the solar cells, and to limit sodium migration up to the Zn(S,O,OH) layer. These optimized conditions combined to the variation of the CIGSe surface composition have allowed us to outperform CdS-based references solar cells.